用于机动车电池的电池单体、电池以及机动车的利记博彩app

本发明涉及一种用于机动车电池的电池单体，该电池单体具有电元件、用于容纳电元件的电池单体壳体和用于监测电池单体的至少两个微电子电路。本发明还涉及一种电池以及机动车。

背景技术：

在已知的电池单体中通常在电池单体壳体中分别布置一个电元件。为了提供确定的电压或确定的电流可将多个电池单体联接成电池。如今，这种电池尤其作为牵引电池应用在机动车中、例如电动车辆或混合动力车辆中以用于驱动机动车。然而，在机动车中使用该电池时，该电池必须满足一定的要求。因为牵引电池可提供几百伏特电压，必须有特殊的安全措施，以用于例如避免对人员造成危害。此外，必须确保电池的高度可支配性。这种高度可支配性尤其与电池的受损程度或老化相关。因为电池单体受制造决定在其容量及其内阻方面有波动，因此电池单体通常具有不同的充电和放电速度。对此，在单个单体例如被深度放电或过量充电时会损坏电池。

由现有技术已知用于监测电池或各个电池单体的措施。de102010011740a1揭示了一种电池，在该电池中通过传感器检测单个电池单体的状态并且无线地发送给上级的中央单元。在wo2012/034045a1中描述了一种电池监测系统，在该电池监测系统中在电池单体上或中安装测量装置。wo2004/047215a1也公开了一种电池管理系统，在其中为了延长电池的使用寿命而监测该电池的物理特性。

但是因为在机动车中仅有限的结构空间可用，所以电池及其电子部件在机动车中的集成是很大的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的是尽可能节省空间地集成微电子电路，以对电池单体进行监测，从而使电池单体的空间需求最小化。

根据本发明，该目的通过具有根据独立权利要求的特征的电池单体、电池以及机动车实现。本发明的有利的实施方式是从属权利要求、说明书和附图的主题。

根据本发明的用于机动车电池的电池单体包括电元件、用于容纳电元件的电池单体壳体和用于监测电池单体的至少两个微电子电路。此外，至少两个微电子电路中的第一微电子电路被施加在第一载体上并且至少两个微电子电路中的第二微电子电路被施加在第二载体上。对此，两个载体彼此叠置并因此形成堆叠结构，从而第一载体的上侧面对第二载体的底侧。

电元件尤其构造成二次电池，其可放电以用于为电气部件供电并且在放电之后可再次充电。对此，电元件按已知的方式包括两个电极和电解液。电元件布置在电池单体壳体中，电池单体壳体例如由铝制成。对此，电元件可相对于电池单体壳体电绝缘。为此，例如可将绝缘材料布置在电池单体壳体的壁的内侧和电元件之间。为了给电气部件供给由电池单体提供的电压和/或为了连接电池单体与另一电池单体，对此电池单体壳体具有两个尤其暴露的电池极或电池连接端，其中各电池极分别与电元件的电极电连接。

为了监测电池单体，电池单体具有至少两个微电子电路。设有微电子电路的电池单体也可称为智能的电池单体。对此，每一个微电子电路可包括至少一个所谓的单芯片系统或soc(片上系统)。在这种单芯片系统中，系统的各种功能，例如以集成电路(ic-integratedcircuit)的形式集成或结合或编程在共同的芯片或半导体基底上。该系统或集成电路可包括不同的元件或部件，例如半导体结构元件、逻辑电路、时钟发生器、有源的和无源的结构元件、传感器或fpgas(现场可编程门阵列fieldprogrammablegatearrays)，其被联接在一起提供确定的功能。对此多个集成电路或单芯片系统可经由微电子电路的导线彼此电连接。

根据本发明，此时每一个微电子电路都布置在单独的载体上。载体例如可设计成电路板。对此，电路板可不仅在单侧而且可在两侧配置相应微电子电路的芯片和导线。例如电路板可构造成柔性电路板，所谓的pcb薄膜(pcb印刷电路板)。pcb薄膜在具有高的机械弯曲负荷能力以及高的温度负荷能力的同时，具有特别低的重量以及特别小的厚度。但是也可设置成，将电路板构造成所谓的注塑成型的电路载体或mid(模塑互连器件moldedinterconnectdevices)。这种载体通常是注塑成型的塑料构件，其也根据特殊的方法被施加金属导线。对此，塑料构件尤其构造成三维的或塑性的构件。因此，实施成mid的载体特别柔韧。

单独的载体彼此叠置地堆叠，从而形成层状结构。对此，第一载体布置在第二载体之下，从而第一载体的上侧面对第二载体的底侧。对此，第一载体的上侧和第二载体的底侧至少局部地重合。通过这种层状构造可使载体以及借助载体使微电子电路特别节省空间地布置在电池单体中。此外，在两个电路板上的芯片可经由特别短的线路路径电接触。微电子电路能够以有利的方式通过电元件本身供给电能。因此形成自给自足的系统。

根据本发明的一个实施方式，第一微电子电路布置在第一壳体中，第二微电子电路布置在第二壳体中。对此，两个经壳体封装的或装入壳体中的微电子电路被施加在相应的载体上，其中，两个载体彼此电气和/或机械联接。

具有布置在壳体中的电子电路的载体也被称为封装体。通过两个或更多个封装体彼此叠置而产生的堆叠结构也称为封装体叠层(pop)。

对此，封装体、即载体和位于其上的经壳体封装的微电子电路可单独地并且彼此无关地制成。由此对封装体的制造例如可委托给具有相应经验的不同制造商。各个封装体此时可特别灵活地并且按特殊要求地接合成堆叠结构、即封装体叠层。换句话说，这意味着可规定堆叠结构的功能性并且通过接合相应的封装体可灵活的提供堆叠结构的功能性。为了进行电气和机械连接，可将封装体、尤其载体钎焊在一起。也可在一个封装体或封装的微电子电路的芯片故障时以特别简单的方式更换相应的封装体。也可通过模块化地制造封装体以有利的方式单个地测试封装体并且在故障时必要时进行更换。

根据本发明的另一实施方式，第一载体和第二载体共同地布置在一个壳体中。此外，在共同的壳体之内的两个载体彼此机械联接和/或电联接。载体在共同的壳体中的布置也称为系统级封装(sip)。为了给各个微电子电路供电和/或为了与相应另一微电子电路进行信号交换或与堆叠结构之外的部件进行信号交换，例如可在共同的壳体的底面中设置电接触面，该电接触面例如可经由焊线与各个载体电连接。通过将所有微电子电路集成在一个壳体中可使堆叠结构实施成特别节省空间的，并因此例如能够布置在电池单体壳体之内的特别小的空腔中。

可设置成，壳体由相对于电元件的电解液不敏感的材料、尤其陶瓷制成。在堆叠结构布置在电池单体之内的情况下，不允许例如通过液态的电解液或其他的化学物质溶解或腐蚀壳体。通过腐蚀例如会改变电解液的化学组成并因此改变电池单体、尤其电元件的性质。在壳体受损时化学物质也会与微电子电路接触并且由此损坏微电子电路。为了避免这种情况，壳体优选由陶瓷和/或特殊的塑料或类似的耐腐蚀的材料制成。因此能够以可靠的方式提供对微电子电路的保护。

特别优选地，提供至少一个传感器元件和/或至少一个存储元件和/或至少一个通信装置和/或至少一个微处理器作为微电子电路的元件。至少一个传感器元件用于检测电池单体的物理和/或化学特性。这种物理和/或化学特性例如可以是电池单体壳体之内的温度、电池单体壳体之内的压力、电池单体的加速度或电元件的电解液的化学组成。

由至少一个传感器元件检测到的数据可被存储在至少一个存储元件上。因此可在电池单体的整个运行期间或使用寿命中监测电池单体的状态。至少一个微处理器例如可设计成，对由传感器元件检测到的数据和/或存储在存储元件中的数据进行评估，以便例如获取在电池单体运行期间物理和/或化学特性的改变。至少一个通信装置例如可设计成，用于与电池单体之内和之外的部件通信。电池单体之外的部件例如可以是机动车的电池管理系统或另一电池单体。电池单体之内的部件例如可以是相应另一载体上的元件或在电池单体壳体之内布置在与堆叠结构的位置不同的位置上的传感器。通信装置例如可以实施成无线传输装置，其例如经由蓝牙或wlan、但是也例如经由超声波和光波发送和/或接收数据。

本发明的一个实施方式规定，包括两个载体的堆叠结构以机械方式与电池单体壳体的壁的外侧连接。由此，堆叠结构布置在壳体的外壁上并且固定在此处。因此，例如为了安装，可特别容易地接近电子部件。

在本发明的一个改进方案中，包括两个载体的堆叠结构在壳体的外侧上布置在电池单体壳体的两个电连接端之间。如所述地，壳体通常具有两个暴露的连接端或极。通过布置在极之间的、尤其与极齐平地结束的堆叠结构有利地利用了极之间的空间。

可替代地，可设置成，包括两个载体的堆叠结构以机械和/或热的方式与电池单体壳体的壁的内侧联接。在例如方形的电池单体壳体和布置在其中的例如电元件的情况下，通常在电元件和电池单体壳体之间有空腔。该空腔可有利地用于容纳堆叠结构。为了使堆叠结构可靠地布置在电池单体壳体之内，将堆叠结构固定在电池单体壳体的内壁上。在电池单体壳体由导热材料、例如铝制成的情况下可由此将通常在运行中由微电子电路产生的余热/废热排放给电池单体壳体并最终排放到电池单体壳体之外的周围环境。因此可以有利的方式冷却堆叠结构。

此外，本发明包括电池，该电池具有至少两个根据本发明的电池单体的串联电路和/或并联电路。

根据本发明的机动车包括至少一个根据本发明的电池。机动车例如可构造成轿车，尤其电动汽车或混合动力汽车。但是机动车也可实施成电动摩托车或自行车。

但是也能够将电池设置在固定的储能系统中。对此例如可设置成，在机动车中提供的电池作为所谓的二次生命电池继续应用在固定的储能系统中。

关于根据本发明的电池单体所提及的优选实施方式和其优点相应地适用于根据本发明的电池以及根据本发明的机动车。

附图说明

下面根据优选的实施例以及参考附图详细阐述本发明。

其中：

图1示出了电池单体的一个实施方式的示意图，在该电池单体中微电子电路布置在不同的载体上；

图2示出了装有结构元件的衬底的示意图；

图3示出了具有微电子电路的堆叠结构的示意图；以及

图4示出了具有微电子电路的另一堆叠结构的示意图。

具体实施方式

在附图中，相同的以及功能相同的元件设有相同的附图标记。

下面阐述的实施例是本发明的优选实施方式。但是在该实施例中，实施方式的所述部件分别为本发明的被看作为彼此独立的单个特征，这些特征也可分别彼此独立地改进本发明并且由此也可单个地或以与所示组合不同的组合方式被看作为本发明的组成部分。此外，也可通过本发明已经描述的特征中的其他特征对所述实施方式进行补充。

图1示出了电池单体1，其具有电元件2以及电池单体壳体3。对此，电元件2布置在电池单体壳体3中。电池单体壳体3例如可由铝制成。电池单体壳体3在此具有两个暴露的或凸起的连接端4和5，经由连接端可截取电能例如用于为电气部件供电并且经由连接端可为电池单体1输送电能以用于给电池单体1充电，或经由连接端可使电池单体1与其他的同种类电池单体联接成电池。这种电池例如可布置在此处未示出的机动车中以用于驱动该机动车。然而，这种电池也可设置在此处未示出的固定式供电系统中。

电池单体1具有第一微电子电路6和第二微电子电路7。微电子电路6和7用于监测电池单体1。设有微电子电路6和7的电池单体1称为智能的电池单体1。

对此，微电子电路6和7中的每一个可包括至少一个所谓的单芯片系统或片上系统soc，其在图2中示出。在单芯片系统soc中，在芯片9或半导体基底上布置各种各样的元件8并且不同的元件通过联接在一起而提供确定的功能性。元件8例如可为半导体结构元件、传感器、存储元件、逻辑电路、微处理器或通信装置。对此，多个这种单芯片系统soc例如可经由导线彼此连接成微电子电路。

第一微电子电路6布置在第一载体10上并且第二微电子电路布置在第二载体11上。装配有微电子电路6和7的载体10和11彼此叠置并且形成堆叠结构12，在堆叠结构中第一载体10的上侧13面对第二载体11的底侧14。

在此，堆叠结构12在电池单体壳体3之内布置在空腔16中，空腔构造在电池单体壳体3的壁的内侧15和电元件2之间。此外，堆叠结构12与电池单体壳体3的内侧15热耦合。因此，在运行中由微电子电路6和7产生的余热被排放到电池单体壳体3处并最终排放到电池单体1的周围环境中。

也能够将堆叠结构12安装在电池单体壳体3的壁的外侧17上。在这种情况下特别有利的是，将堆叠结构12安装在凸起的连接端4和5之间，从而最佳地利用位于连接端4和5之间的空间。

在电池单体壳体3之内可设置其他的部件18，例如温度传感器和/或压力传感器，其经由无线连接19与第一微电子电路6和/或第二微电子电路7通信。此外，经由这种无线连接19也可传输能量。对此例如可设置此处未示出的变压器，通过变压器以电磁波形式传输能量。

微电子电路6和7的部件18和/或元件8也可构造成所谓的低功耗部件或所谓的超低功耗部件并因此具有很低的能耗。此外，微电子电路6和7的部件18和/或元件8可构造成所谓的纳米发电机并因此从周围环境中、例如从电池单体壳体3之内的温度梯度中获取能量。

图3示出了堆叠结构12的示意图。在此，第一载体10、第二载体11、第三载体20、第四载体21和第五载体22彼此叠置地堆叠。载体10、11、20、21、22分别具有微电子电路并且布置在共同的壳体23中，共同的壳体在此显示为局部打开。共同的壳体23具有多个电接触面24，电接触面经由压焊连接25与载体10、11、20、21、22(尤其其微电子电路)电连接。堆叠结构12也称为系统级封装(sip)，在该堆叠结构中载体10、11、20、21、22及其微电子电路布置在共同的壳体23中。

图4示出了另一堆叠结构12的剖视图。对此，第一微电子电路6布置在第一壳体26中。第一壳体26布置在第一载体10上。带有第一微电子电路6的第一壳体26和第一载体10形成所谓的第一封装体。带有第二微电子电路7的第二载体11、带有第三微电子电路27的第三载体20和带有第四微电子电路28的第四载体21布置在第二壳体29中并由此形成第二封装体。微电子电路7、27、28经由钎焊连接与第二壳体29的壳体底部30的电接触面24电连接。第二封装体在此实施成系统级封装(sip)，如例如在图3中所示。

第一封装体和第二封装体彼此以机械方式和电气方式联接，这通过使壳体底部30的电接触面24经由能导电的连接元件31、例如钎焊连接与第一载体10的电接触面24连接。依次堆叠的、彼此接触的封装体形成所谓的封装体叠层。

对此，下部的第一封装体称为底部封装体。底部封装体例如可包括逻辑电路作为第一微电子电路6。安置在底部封装体上的、与其接触的第二封装体称为顶部封装体。顶部封装体例如可包括存储元件或存储模块。封装体叠层也可包括多于两个的封装体。

通过使封装体堆叠获得以下优点，各个微电子电路6、7、27、28可单独地被测试。例如在微电子电路6、7、27、28中的其中一个的芯片soc发生故障时，可以简单的方式更换该故障的芯片soc或具有该故障的芯片soc的封装体。此外，直至各个封装体接触前不久，即，直至钎焊工艺前不久确定特定的芯片组合或特定的封装体组合。由此，在封装体叠层时例如位于上部的存储芯片、即包括存储模块的上部封装体在钎焊工艺之前可在存储容量方面进行变化。根据图4的堆叠机构12的另一优点在于在两个封装体之间的短的接触路径。由此例如可以高的时钟频率运行存储器和两个芯片之间的连接。

因为如图3和图4所示的堆叠结构12布置在电池单体壳体3之内，壳体23、26、29优选由耐腐蚀的材料制成，耐腐蚀的材料不会通过电元件2的电解液而受到损害或损坏。