CN103620858A - 处理和/或修理电化学单电池的方法和具有多个这种电化学单电池的电池组 - Google Patents

处理和/或修理电化学单电池的方法和具有多个这种电化学单电池的电池组 Download PDF

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Abstract

一种处理和/或修理用于电池组的电化学单电池的方法，其具有以下步骤：（S1）获取待检查的单个电化学单电池的参数数据（DPar.）用于为所述单个电化学单电池确定至少一个后续处理步骤（S5）；（S2）将参数数据（DPar.）传输给控制单元；（S3）将参数数据（DPar.）分配给电化学单电池，优选是包括关于所述电化学单电池的参数数据（DPar.）；（S4）借助于控制单元确定，对于被分配参数数据的电化学单电池而言是否存在参数数据（DPar.）相对于预定参数值（WPar.、WPar.1、WPar.2、WPar.3、WPar.4、WPar.5）的预定关系，并且在确定了存在参数数据（DPar.）相对于预定的参数值（WPar.、WPar.1、WPar.2、WPar.3、WPar.4、WPar.5）的预定关系时执行电化学单电池的第一预定的处理步骤，并且优选是在确定了不存在参数数据（DPar.）相对于预定的参数值（WPar.、WPar.1、WPar.2、WPar.3、WPar.4、WPar.5）的预定关系时执行电化学单电池的第二预定的处理步骤。

Description

处理和/或修理电化学单电池的方法和具有多个这种电化学单电池的电池组
本发明涉及一种处理和/或修理电化学单电池的方法和一种具有多个根据所述方法处理的电化学单电池的电池组。
电化学储能器，如下也作为电化学或伽伐尼单电池表示，经常以可堆叠的单元形式被制造，从中通过结合多个这种单电池，电池组能被制造用于不同的应用，特别是在电驱动的交通工具中使用。本发明关于在交通工具中的使用被说明，其中当然要指出的是，这种方法和具有被相应设计的电化学单电池的电池组也能不依赖于交通工具工作，例如静止的使用，特别是用于不间断电源或静止储能器。
现有技术已知不同的处理和/或修理电化学单电池的方法、相应的电化学单电池和具有多个电化学单电池的电池组。
优先权申请DE102011105424的全部内容通过引用成为本申请的一部分。
本发明的基本任务在于，提供一种处理和/或修理电化学单电池的改进的方法，和一种具有多个被相应处理和/或修理的电化学单电池的电池组。
该任务被根据权利要求1所述的处理和/或修理电化学单电池的方法，被根据权利要求5所述的电池组和被根据权利要求6所述的用于电池组的维修方法解决。从属权利要求涉及到本发明的有益改进。
依据处理和/或修理用于电池组（特别是为在交通工具中使用而设计的电池组）的电化学单电池的方法，该任务由此被解决，所述处理和/或修理方法具有如下步骤：获取待检查的单个电化学单电池的参数数据用于为单个电化学单电池确定至少一个后续处理步骤；将参数数据传输给控制单元；将参数数据分配给电化学单电池，优选是保存关于电化学单电池的参数数据；借助控制单元确定，对于被分配参数数据的电化学单电池而言是否存在参数数据相对于预定参数值的预定的关系；以及，在确定了存在参数数据相对于预定参数值的预定关系时执行电化学单电池的第一预定的处理步骤，并且优选是在确定了不存在参数数据相对于预定参数值的预定关系时执行电化学单电池的第二预定的处理步骤。该方法的优点是，为根据第一处理实现的单个电化学单电池确定后续处理步骤，由此使得其品质和产量能依据该制造方法被提高。
为了制造电化学单电池，首先制造具有电极和分隔物的电极组件，并且将该电极组件装入包封中，其中如果该分隔物被加工成无电解质则可在必要时随后添加电解质。然后能实现将电化学单电池充电到优选是其额定容量的百分之47或3.65V的单电池电压，以及实现例如硬化、轧制（Walzen）、磨光（Ausstreichen）、剥离（Abziehen）、刮削（Abrakeln）、静置（Ruhelagern）、温度调节、成型或脱气（Entgasen）的加工步骤。然后能例如实现获取参数数据以确定进一步的处理步骤用于提高品质或产量，从而使得若有可能可实现进一步的处理，例如硬化、轧制、磨光、剥离、刮削、静置、温度调节、成型或脱气。
关于电化学单电池应被理解为电化学储能器，就是说一种将能量以化学形式存储、以电形式输出到负载并且最好是也能以电形式从充电设备吸收的设备。这种电化学储能器的重要例子是伽伐尼单电池或燃料电池。电化学单电池具有至少一个第一和第二设备用于存储不同的电荷，以及用于产生这两个所述设备的有效电连接的介质，其中载流子能在这两个设备之间转移。用于产生有效电连接的介质可理解为例如是用作离子导体的电解质。
关于参数数据应被理解为不只是多个的参数数据，而且若有可能也是单个的参数数据。相应地，关于预定参数值应被理解为不只是多个的预定参数值，而且若有可能也是单个的预定的参数值
依据电化学单电池的处理和/或修理方法已证明有利的是，获取参数数据的步骤包括获取在施加压力（特别是在被优选地设计成扁平状的电化学单电池的侧面上施加压力）之后电化学单电池的内电阻的改变。在电化学单电池的侧面上施加压力之后，电化学单电池的内电阻的改变已被证明为用于评定电化学单电池的品质或用于确定这个电化学单电池的后续处理步骤的优选参数。当压力从外部机械地施加在待检查的电化学单电池上时，该电化学单电池能依赖于其硬度被预成型，由此得出在施加外力之后电化学单电池的内电阻的改变，该改变跟电化学单电池的状态存在预先确定的关系。电化学单电池，其相对较硬并且在侧面上施加压力之后其内电阻改变小，并且在封闭之后不再放气。通过内电阻相对于压力变化的改变，因此能实现特别容易地和可靠地将电化学单电池分类为不同种品质并且因此实现相应的后续处理步骤用于提高品质。由此，品质能例如按如下关系表达，其中dRi表示内电阻的改变，dF表示施加的力的改变。
Figure BDA0000441821580000031
关于扁平的电化学单电池应被理解为一种电化学单电池，其外形的特征在于两个基本上平行的平面，这两个平面的相互垂直的距离短于平行于该平面测量的单电池的平均长度。在这些平面之间（通常由包装或单池壳包封）布置有单电池的电化学活性组件。这种单电池常被多层的箔包装围绕，其在单电池包装的边缘处具有密封接缝，其通过在密封接缝区域中的箔包装的持久的连接或封闭所形成。这种单电池也常被标明为袋状单电池或咖啡袋状单电池。
此外，获取参数数据的步骤能够包括：获取电化学单电池的内电阻；获取电化学单电池的内部压力；获取电化学单电池的静应力；获取电化学单电池的容量；或借助X线检查法获取电化学单电池的内部结构。
此外，根据本发明的方法在对电化学单电池进行格式化时与适用于格式化的GITT方法（恒电流间歇滴定技术）组合使用。
已证明有利的是，借助于控制单元进行确定的步骤包括如下的确定步骤中的至少一个：确定所传输的参数数据是否具有预定的第一参数值，和/或确定所传输的参数数据是否不具有预定的第二参数值。
优选地，借助于控制单元进行确定的步骤包括如下的确定步骤中的至少一个：确定所传输的参数数据是否超过预定的第三参数值，和/或确定所传输的参数数据是否未超过预定的第四参数值。
此外，借助于控制单元进行确定的步骤还包括以下步骤：确定参数数据是否位于围绕预定的第五参数值的至少一个预定的参数值范围内。
优选地，处理和/或修理方法包括如下处理步骤中的至少一个：依赖于至少一个确定步骤的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池充电，优选是以在100mA至850mA范围内的充电电流在15s至60s的持续时间上进行的慢充电；依赖于至少一个确定步骤的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池硬化；依赖于至少一个确定步骤的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池静置；依赖于至少一个确定步骤的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池成型；依赖于至少一个确定步骤的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池轧制；依赖于至少一个确定步骤的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池磨光；依赖于至少一个确定步骤的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池剥离；依赖于至少一个确定步骤的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池刮削；依赖于至少一个确定步骤的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池脱气。该设计方案的优点是，如果例如用所述确定步骤确认了电化学单电池特别是软的则能够执行后续硬化步骤，反之如果例如用所述确定步骤确认了电化学单电池具有足够硬度则能够节省后续加工步骤。
根据本发明的处理和/或修理方法的另一优点是，如果由于预定测定值通过例如X射线测定或内电阻改变测定确定出电极部分、某些部分、边缘或类似物单独地或组合地被溶解
Figure BDA0000441821580000041
则不能够执行硬化，而是能够执行（优选是重复执行）以在100mA至850mA范围内的充电电流在15s至60s的持续时间上进行的慢充电，由此被溶解的区域被再次凝固或粘住。
根据第二观点，所述任务通过其电化学单电池根据上述制造方法之一处理或修理的电池组解决。优选地，电池组被设计用于-60℃至+120℃的温度范围并且特别优选地用于-40℃至+100℃的温度范围。此外，这些电池组优选地具有大于25Ah的充电容量并且特别优选地具有500Ah至1200Ah的充电容量。此外，这些电池组被设计成优选地用于25A至1200A的放电电流并且特别优选地用于100A至400A的放电电流。
本发明的另一优点是，使得能够实现用于电池组的维修方法（例如在交通工具的检修间隔期时），通过该维修方法，溶解的电极部分、某些部分、边缘或类似物能被再次凝固或粘住，从而使得电池组的使用寿命和功率能被提高。
在下文中，本发明的观点借助优选实施例并参照附图被详细说明。在附图中示出的是：
图1为根据第一实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图；
图2为根据第二实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图；
图3为根据第三实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图；
图4为根据第四实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图；
图5为根据第五实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图；
图6为根据第六实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图；
图7为在获取参数数据时的优选步骤的图示；以及
图8为在对单个电化学单电池进行后续处理时的优选步骤的图示。
图1示出根据第一实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图。在步骤S1中，待检查的电化学单电池的参数数据DPar.被获取。在步骤S2中，参数数据DPar.被传输给控制单元，并且在步骤S3中，所述参数数据DPar.被分配给电化学单电池。借助于控制单元确定所述参数数据DPar.是否具有相对于预定参数值WPar.的预定关系。如果所述参数数据DPar.具有相对于预定参数值WPar.的预定关系，则为该电化学单电池确定第一预定的后续处理步骤S5，特别是为符合要求的单电池确定进一步的处理步骤。否则，如果所述参数数据DPar.不具有相对于预定的参数值WPar.的预定关系，则能为该电化学单电池有选择地确定第二预定的后续处理步骤S5’，特别是为不符合要求的单电池确定额外的修理步骤。例如步骤S1能包括检测单电池中是否存在脱离的区域。如果检测到不存在脱离的区域，则单电池经受通常的预充电过程和最后加工过程。反之如果检测到单电池不符合要求，例如单电池中存在脱离的区域，则能选择例如以0.15C至0.3C对单电池进行充电，以便修理例如脱离的区域。还可能的是，选择以0.03C进行充电。在制造过程中，如果检测到单电池符合要求，则能实现预充电过程、成型过程（特别是CC/CV过程、脉冲过程、波过程或CV过程）和最后加工过程。如果检测到例如应具有大于40Ah充电容量的单电池不符合要求，则处理步骤能够在1分钟至5分钟（优选3分钟）的时间间隔上执行。如果在两个修理步骤之后检测到单电池不符合用于电动交通工具的质量要求，则该单电池能从用于电动交通工具的类别中剔除。在制造过程中，修理步骤可能特别是对于具有高充电容量的大尺寸单电池在最后加工（完成）时变得很重要。
已被证明的是，例如对具有PP/PE分隔物（聚丙烯/聚乙烯分隔物）的LIPF单电池或C/LIFP单电池（其例如应具有20Ah的充电容量），在以0.15C充电45s之后得以改善。
图2示出根据第二实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图，其步骤S1至S3相应于第一实施例的步骤，参照第一实施例以避免重复。
借助于控制单元确定参数数据DPar.是否具有预定的第一参数值WPar.1。如果参数数据DPar.具有预定的第一参数值WPar.1，则为该电化学单电池确定第一预定的后续处理步骤S5。否则，如果数据DPar.不具有预定的第一参数值WPar.1，则可为该电化学单电池确定第二预定的后续处理步骤S5’。
图3示出根据第三实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图，其步骤S1至S3相应于第一实施例的步骤，参照第一实施例以避免重复。
借助于控制单元确定参数数据DPar.是否不具有预定的第二参数值WPar.2。如果参数数据DPar.不具有预定的第二参数值WPar.2，则为该电化学单电池确定第一预定的后续处理步骤S5。否则，如果参数数据DPar.具有预定的第二参数值WPar.2，则可为该电化学单电池确定第二预定的后续处理步骤S5’。
图4示出根据第四实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图，其步骤S1至S3相应于第一实施例的步骤，参照第一实施例以避免重复。
借助于控制单元确定参数数据DPar.是否超过预定的第三参数值WPar.3。如果参数数据DPar.超过预定的第三参数值WPar.3，则为该电化学单电池确定第一预定的后续处理步骤S5。否则，如果参数数据DPar.不超过预定的第三参数值WPar.3，则可为该电化学单电池确定第二预定的后续处理步骤S5’。
图5示出根据第五实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图，其步骤S1至S3相应于第一实施例的步骤，参照第一实施例以避免重复。
借助控制单元确定参数数据DPar.是否不超过预定的第四参数值WPar.4。如果参数数据DPar.未超过预定的第四参数值WPar.4，则为该电化学单电池确定第一预定的后续处理步骤S5。否则，如果参数数据DPar.不低于预定的第四参数值WPar.4，则可为该电化学单电池确定第二预定的后续处理步骤S5’。
图6示出根据第六实施例的关于电化学单电池的处理和/或修理方法的流程图，其步骤S1至S3相应于第一实施例的步骤，参照第一实施例以避免重复。
借助于控制单元确定参数数据DPar.是否位于围绕预定的第五参数值WPar.5的预定的参数范围内。如果参数数据DPar.位于围绕预定的第五参数值WPar.5的预定的参数范围内，则为该电化学单电池确定第一预定的后续处理步骤S5。否则，如果参数数据DPar.不位于围绕预定的第五参数值WPar.5的预定的参数范围内，则可为该电化学单电池确定第二预定的后续处理步骤S5’。
图7示出在获取参数数据时的优选步骤的图示。如图7所示，获取参数数据的步骤可包括：步骤S1a，即获取在施加压力（特别是在被优选地设计成扁平状的电化学单电池的侧面上施加压力）之后电化学单电池的内电阻的改变；和/或，步骤S1b，即获取电化学单电池的内电阻；和/或，步骤S1c，即获取电化学单电池的内部压力；和/或，步骤S1d，即获取电化学单电池的静应力；和/或，步骤S1e，即获取电化学单电池的容量；和/或，步骤S1f，即借助X线检查法获取电化学单电池的内部结构。
图8示出在对单个电化学单电池进行可能确定的后续处理时的优选步骤的图示。如图8所示，对电化学单电池进行的后续处理方法可包括：步骤S5a，即依赖于至少一个确定步骤S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池充电；和/或，步骤S5b，即依赖于至少一个确定步骤S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池硬化；和/或，步骤S5c，即依赖于至少一个确定步骤S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池静置；和/或，步骤S5d，即依赖于至少一个确定步骤S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池成型；和/或，步骤S5e，依赖于至少一个确定步骤S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池轧制；和/或，步骤S5f，即依赖于至少一个确定步骤S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池磨光；和/或，步骤S5g，即依赖于至少一个确定步骤S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池脱气。
此外，本发明还涉及一种具有所述电化学单电池的电池组，特别是为应用于交通工具而设计的、具有所述电化学单电池的电池组。此外，本发明还涉及一种用于电池组的维修方法。
附图参考标记列表
S1   获取待检查的单个电化学单电池的参数数据
S1a  获取在施加压力之后电化学单电池的内电阻的改变
S1b  获取电化学单电池的内电阻
S1c  获取电化学单电池的内部压力
S1d  获取电化学单电池的静应力
S1e  获取电化学单电池的容量
S1f  借助X线检查法获取电化学单电池的内部结构
S2   将参数数据传输给控制单元
S3   将参数数据分配给电化学单电池
S4   借助于控制单元确定，是否存在预定的关系
S4a  确定所传输的参数数据是否具有预定的第一参数值
S4b  确定所传输的参数数据是否不具有预定的第二参数值
S4c  确定所传输的参数数据是否超过预定的第三参数值
S4d  确定所传输的参数数据是否未超过预定的第四参数值
S4e  确定所传输的参数数据是否位于围绕预定的第五参数值的预定的参数范围内
S5   选出和执行第一预定的电化学单电池处理步骤
S5’ 选出和执行第二预定的电化学单电池处理步骤
S5a  选出和执行预定的电化学单电池充电
S5b  选出和执行预定的电化学单电池硬化
S5c  选出和执行预定的电化学单电池静置
S5d  选出和执行预定的电化学单电池成型
S5e  选出和执行预定的电化学单电池轧制
S5f  选出和执行预定的电化学单电池磨光
S5g  选出和执行预定的电化学单电池脱气

Claims (6)

1.一种处理和/或修理电化学单电池的方法，所述电化学单电池用于电池组，特别是用于为在交通工具中应用而设计的电池组，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（S1）获取待检查的单个电化学单电池的参数数据（DPar.）用于为所述单个电化学单电池确定至少一个后续处理步骤（S5），
（S2）将所述参数数据（DPar.）传输给控制单元，
（S3）将所述参数数据（DPar.）分配给所述电化学单电池，优选是将所述参数数据（DPar.）保存为属于所述单个电化学单电池，
（S4）借助于所述控制单元确定，对于被分配所述参数数据的电化学单电池而言是否存在参数数据（DPar.）相对于预定参数值（WPar.、WPar.1、WPar.2、WPar.3、WPar.4、WPar.5）的预定关系，
（S5）在确定了存在参数数据（DPar.）相对于所述预定参数值（WPar.、WPar.1、WPar.2、WPar.3、WPar.4、WPar.5）的预定关系时执行所述电化学单电池的第一预定的处理步骤，并且优选是在确定了不存在参数数据（DPar.）相对于所述预定参数值（WPar.、WPar.1、WPar.2、WPar.3、WPar.4、WPar.5）的预定关系时执行所述电化学单电池的第二预定的处理步骤。
2.如权利要求1所述的处理和/或修理电化学单电池的方法，其特征在于，获取参数数据（DPar.）的步骤（S1）包括如下获取步骤中的至少一个：
（S1a）获取在施加压力之后所述电化学单电池的内电阻的改变，特别是获取在被优选地设计成扁平状的电化学单电池的侧面上施加压力之后所述电化学单电池的内电阻的改变，
（S1b）获取所述电化学单电池的内电阻，
（S1c）获取所述电化学单电池的内部压力，
（S1d）获取所述电化学单电池的静应力，
（S1e）获取所述电化学单电池的容量，或
（S1f）借助X线检查法获取所述电化学单电池的内部结构。
3.如权利要求1或2所述的处理和/或修理电化学单电池的方法，其特征在于，借助于所述控制单元进行确定的步骤（S4）包括如下确定步骤中的至少一个：
（S4a）确定所传输的参数数据（DPar.）是否具有预定的第一参数值（WSwt.1），
（S4b）确定所传输的参数数据（DPar.）是否不具有预定的第二参数值（WSwt.2），
（S4c）确定所传输的参数数据（DPar.）是否超过预定的第三参数值（WSwt.3），
（S4d）确定所传输的参数数据（DPar.）是否未超过预定的第四参数值（WSwt.4），或
（S4e）确定所传输的参数数据（DPar.）是否位于围绕预定的第五参数值（WSwt.5）的预定的参数范围内。
4.如权利要求1至3中任一项所述的处理和/或修理电化学单电池的方法，其特征在于，执行第一预定的电化学单电池处理步骤的步骤（S5）和/或执行第二预定的电化学单电池处理步骤的步骤（S5’）包括如下处理步骤中的至少一个：
（S5a）依赖于至少一个确定步骤（S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e）的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池充电，优选是以在100mA至850mA范围内的充电电流在15s至60s的持续时间上进行的慢充电，
（S5b）依赖于至少一个确定步骤（S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e）的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池硬化，
（S5c）依赖于至少一个确定步骤（S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e）的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池静置，
（S5d）依赖于至少一个确定步骤（S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e）的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池成型，
（S5e）依赖于至少一个确定步骤（S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e）的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池轧制，
（S5f）依赖于至少一个确定步骤（S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e）的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池磨光，
（S5g）依赖于至少一个确定步骤（S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e）的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池擦除，
（S5h）依赖于至少一个确定步骤（S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e）的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池刮削，
（S5i）依赖于至少一个确定步骤（S4、S4a、S4b、S4c、S4d、S4e）的结果选出和执行至少一个预定的电化学单电池脱气。
5.一种具有多个电化学单电池的电池组，所述电化学单电池根据权利要求1至4中任一项所述的任一处理和/或修理方法来处理或修理。
6.一种电池组的维修方法，其特征在于，所述维修方法包括根据权利要求1至4中任一项所述的电化学单电池的处理和/或修理方法。
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