CN108232338A - 用于处理电能存储单元的方法 - Google Patents

Abstract

描述一种用于处理电能存储单元的方法，该方法具有随后所描述的步骤。将第二数量的第二电解质引入到所述电能存储单元中。在引入第二数量的第二电解质之后，确定老化状态变量，该老化状态变量代表电能存储单元的老化状态，并且将所确定的老化状态变量存放在数据存储器中。此外描述该方法的应用。

Description

用于处理电能存储单元的方法

技术领域

本发明基于一种用于处理（Aufbereitung）电能存储单元的方法和该方法的相应的应用。

背景技术

可再充电的电能存储单元、例如锂离子电池组的可用的容量不仅经受周期性老化而且经受日历（kalendarisch）老化。电能存储单元的存储能力因此不仅在使用时而且在不使用时变得越来越小。当电能存储单元例如由彼此物理和化学接触的不同的材料构成时，物理和/或化学效应、例如电极表面的损失、提高的电荷转移电阻和可移动的锂离子的数目的减少对该老化过程负责。机械负荷也导致电能存储单元的老化。附加地添加并不直接参与能量存储的部件的老化、例如在锂离子电池组的情况下粘合剂的老化，该粘合剂引起低欧姆地连接到集电器上。当电能存储单元低于一定的容量阈值或超过一定的内阻阈值时，电能存储单元通常被替换并且必要时被输送给回收处理，该回收处理大多设置对电能存储单元的机械分解。

文献US 2005/0244704 A1描述了一种用于处理包含锂的能量存储器的方法，其中设置有电解质的更换。

文献DE 10 2011 120 233 A1描述了一种用于运行车辆中的电池组的方法，其中所述电池组在低于预定义的阈值时被取出并且电池组的接线被改变。

文献WO 2013/087341 A1描述了一种具有至少一个锂电池的电池组系统，该电池组系统具有电解质液体计量装置，由此可输送或可排出锂电池的电解质液体。

发明内容

根据本发明，公开一种用于处理电能存储单元的方法，该方法具有下面所描述的步骤。在此，将第二数量的第二电解质引入到电能存储单元中，该电能存储单元包含第一电解质。在引入第二数量的第二电解质之后，确定老化状态变量，该老化状态变量代表电能存储单元的老化状态，并且将所确定的老化状态变量存放在数据存储器中。老化状态变量例如可以包括电能存储单元的电阻值、容量值或可存储的电能含量。由此导出的变量、例如电阻值与标准参考值、例如未老化的新的电能存储单元的电阻值的商（用英语该商也称作“健康状态（state of health）”）也是可能的。通过所提及的步骤因此尤其以简单的方式改善电能存储单元的老化状态，即提高其潜在的使用寿命，由此电能存储单元也能够继续被用于能量存储。确定和存放老化状态变量实现有针对性地使用所处理的能量存储单元，例如与其他所处理的电能存储单元结合。在此，数据存储器例如可以本地安置在电能存储单元中或以与电能存储单元物理接触的方式安置。例如也可以涉及数据库，所述数据库被设立在外部设备、例如计算机上并且与其无线地或有线地通信。

本发明的另外的有利的实施方式是从属权利要求的主题。

适宜地，电能存储单元优选地在引入第二数量的第二电解质之前被放电。因此，提高在处理过程期间的安全性。

有利地，电能存储单元被放电到预定义的电压水平。

适宜地，在引入第二数量的第二电解质之前从电能存储单元中去除第一数量的第一电解质。因此，从电能存储单元中去除例如老化的第一电解质，这实现引入更大数量的例如新鲜的第二电解质。这改善处理过程并且提高电能存储单元的使用寿命。

适宜地，在引入第二数量的第二电解质之后对电能存储单元进行热处理。这例如可以通过经由电池壳体从外部输送能量来进行。因此，引起第二电解质的最优的分布以及在电极与电解质之间的边界层的可能被加速的消除（Abbau）。

适宜地，电能存储单元通过经由其极端子的电流输送被加热。因此，热处理可以以简单的方式在没有附加的用于热输送的装置的情况下进行。这使该方法加速。

适宜地，从电能存储单元中去除第三数量的第二电解质或第三数量的由第一和第二电解质构成的混合物并且将第四数量的第三电解质引入到电能存储单元中，其中该步骤优选地在确定老化状态变量之前并且在对电能存储单元进行热处理之后执行。因此，通过热处理从电能存储单元中去除可能溶解的残渣。这还进一步改善处理过程并且提高电能存储单元的潜在的使用寿命。第二电解质可能不再以纯形式存在，因为来自电能存储单元、例如电极与电解质之间的一个边界层或多个边界层（也称为固体电解质界面）的组成部分已溶解在第二电解质中。因此，可能从电能存储单元中去除由不同组成部分构成的混合物（可能也包含第一电解质），但是在该混合物中存在第二电解质。

适宜地，根据所确定的老化状态变量确定用于将电能存储单元安装到电能存储系统中的挤压力。此外，在考虑到所确定的挤压力的情况下将电能存储单元安装到电能存储系统中。由此保证以老化最优的方式将所处理的电能存储单元安装到电能存储系统中，由此提高电能存储单元的使用寿命。

适宜地，更换在电能存储单元之内安置的或以与电能存储单元物理接触的方式安置的安全装置和/或在电能存储单元之内安置的或以与电能存储单元物理接触的方式安置的电子组件。例如，安全装置可以是电熔丝并且电子组件例如是用于监控例如电能存储单元的电压、电流和/或温度的电路。通过在处理电能存储单元的过程中更新不直接参与电能存储的部件，提高所处理的电能存储单元的质量，并且同时降低其由于安全装置或电组件的缺陷而引起的故障概率。

适宜地，在确定老化状态变量之前在预定义的电压极限之内以至少一个预定义的电路曲线对电能存储单元充电和/或放电预定义的重复次数。因此，在处理电能存储单元的过程中执行用于该电能存储单元的新的成形过程，这通过围绕电极表面以所定义的方式构造保护层来提高电能存储单元的使用寿命并且降低电能存储单元的内阻。

此外，公开的对象是根据本发明的方法的应用，用于处理来自包括混合动力车辆在内的电驱动的车辆、来自固定的电能存储设备以及来自电运行的手持式工具的电能存储单元。

电能存储单元尤其可以被理解为电化学电池组电池。例如，电能存储单元可以是基于锂的电池组电池。电能存储单元尤其可以是锂离子电池组电池。此外，电池组电池可以是锂聚合物蓄电池、镍金属混合蓄电池、铅酸蓄电池、锂空气蓄电池或锂硫蓄电池或完全一般而言任意电化学成分的蓄电池类型的。电容器也可以作为电能存储单元。

附图说明

本发明的有利的实施方式在图中被示出并且在随后的描述中进一步被阐明。

图1示出根据第一实施方式的根据本发明的方法的流程图；

图2示出根据第二实施方式的根据本发明的方法的流程图；

图3示出根据第三实施方式的根据本发明的方法的流程图；

图4示出根据第四实施方式的根据本发明的方法的流程图；

图5示出根据第五实施方式的根据本发明的方法的流程图；

图6示出根据第六实施方式的根据本发明的方法的流程图；以及

图7示出根据第七实施方式的根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

相同的附图标记在所有图中表示相同的设备部件或相同的方法步骤。

图1示出根据第一实施方式的根据本发明的方法的流程图。在第一步骤S1中，以第二数量的第二电解质填充电能存储单元。这可以经由为此设置的或在制造时被用于填充的开口进行，所述开口为此被打开并且在填充之后又被封闭。紧接着，在第二步骤S2中确定电能存储单元的最大电荷容量、即在遵守确定的压电极限的情况下在电能存储单元中可存储的电荷的数量。这例如通过在预定义的温度下在预定义的电压水平之间以预定义的电流曲线充电和放电来进行。在第三步骤S3中，紧接着，将所确定的最大容量存放在数据库中，由此实现在所处理的电能存储单元与所确定的容量或一般而言代表电能存储单元的老化状态的变量之间的直接的分配。因为电能存储单元大多具有可以一起被保存的唯一的序列号，所以这是可能的。

图2示出根据第二实施方式的根据本发明的方法的流程图。在第一步骤S21中，电能存储单元被放电到预定义的电压水平。紧接着，在第二步骤S22中以第二数量的第二电解质填充电能存储单元。在第三步骤S23中，紧接着，例如经由将电流脉冲施加到电能存储单元上，同时测量电压响应并且紧接着进行分析，确定电能存储单元的内电阻。紧接着，在第四步骤S24中将所确定的内电阻存放在数据存储器中。必要时，可以在位于第一步骤之前的步骤中确定电能存储单元的内电阻。通过比较两个所确定的内电阻值例如可以确定百分比改善。

图3示出根据第三实施方式的根据本发明的方法的流程图。在第一步骤S31中，如在前面的第二实施方式中在第一步骤S21中所描述的那样，对包含第一电解质的电能存储单元放电。紧接着，在第二步骤S32中，优选地尽可能完全地从电能存储单元中去除第一电解质，只要这在技术上并且在经济上是可能的，得到被去除的第一数量的第一电解质。这例如可以利用负压或真空泵来进行。紧接着，在第三步骤S33中将第二数量的第二电解质引入到电能存储单元中。该第二数量在此可以根据被去除的第一电解质的第一数量或根据用于新的电能存储单元的参考数量来确定。在第四步骤S34中紧接着如在第一实施方式中所描述的那样确定电能存储单元的电荷容量。在第五步骤S35中，将所确定的电荷容量紧接着与电能存储单元的序列号或唯一的标识一起传输给数据库。

图4示出根据第四实施方式的根据本发明的方法的流程图。该实施方式除了在第一步骤S41之后所插入的第二步骤S42之外对应于第一实施方式。在第二步骤S42中，通过外部热输送对电能存储单元进行热处理，由此改善在第一步骤S41中所引入的电解质在电能存储单元中的分布。紧接着，执行对应于第一实施方式的第二步骤S2的第三步骤S43以及对应于第一实施方式的第三步骤S3的第四步骤S44。

图5示出根据第五实施方式的根据本发明的方法的流程图。在第一步骤S51中，以第二数量的第二电解质填充电能存储单元，如在第一实施方式中在那里的第一步骤S1中所描述的那样。紧接着，在第二步骤S52中，通过外部热输送对电能存储单元进行加热。在随后的第三步骤S53中，从电能存储单元中去除第三数量的第二电解质。由此也从电能存储单元中去除可能的存在于第二电解质中的组成部分，所述组成部分例如通过热处理已溶解在电极中并且现在存在于第二电解质中。在第四步骤S54中，现在将第四数量的第三电解质引入到电能存储单元中。在此，第三电解质和第二电解质可以具有相同的成分。在电能存储单元中现在存在新的未使用的电解质，该电解质大多具有比老化的电解质更高的导电性。这例如导致电能存储单元的更小的内电阻。在第五步骤S55中，现在如在前面所描述的实施方式中所描述的那样确定电荷容量、即在电能量存储单元中可存储的电荷的数量、以及电能量存储器单元的内电阻。在紧接着的第六步骤S56中，电荷容量的和内电阻的所确定的这些值被存放在数据存储器中并且因此可供用于进一步分析。

图6示出根据第六实施方式的根据本发明的方法的流程图。前三个步骤S61、S62、S63对应于在第一实施方式中所提及的步骤S1、S2、S3。在第四步骤S64中紧接着根据电能存储单元的所确定的最大电荷容量确定用于将电能存储单元安装到电能存储系统中的挤压力。紧接着，在第五步骤S65中在考虑到所确定的挤压力的情况下将电能存储单元安装到电能存储系统中，由此保证电能存储单元的老化最优的安装。

图7示出根据第七实施方式的根据本发明的方法的流程图。在第一步骤S71中，更换安置在电能存储单元中的安全装置，以便处理也不直接参与电能存储的部件。例如，根据电能存储单元的将来使用可以安装具有与将来使用适配的特性的安全装置，所述特性不一定与到目前为止的安全装置的特性相同。紧接着执行第二步骤S72，该第二步骤对应于在第一实施方式中所描述的第一步骤S1。在第三步骤S73中，紧接着在预定义的电压极限之内对电能存储单元充电和/或放电预定义的重复次数，其中为此使用至少一个预定义的电流曲线。紧接着执行第四步骤S74，该第四步骤对应于在第一实施例中所描述的第二步骤S2。此后进行第五步骤S75，该第五步骤对应于在第一实施方式中所描述的第三步骤S3。

对电能存储单元放电优选地直至预定义的电压水平的步骤可以与所提及的实施方式中的每一个组合，优选地作为第一步骤。

Claims (10)

1.一种用于处理电能存储单元的方法，具有如下步骤：

a）将第二数量的第二电解质引入到所述电能存储单元中；

b）在引入所述第二数量的第二电解质之后，确定老化状态变量，所述老化状态变量代表所述电能存储单元的老化状态；

c）将所确定的老化状态变量存放在数据存储器中。

2.根据权利要求1所述的方法，此外包括：

d）对所述电能存储单元放电。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，此外包括在步骤a)之前的如下步骤：

e）从所述电能存储单元中去除第一数量的第一电解质。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，此外包括在步骤a)之后的如下步骤：

f）对所述电能存储单元进行热处理。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述电能存储单元通过经由其极端子的电流输送被加热。

6.根据权利要求4或5所述的方法，此外包括在步骤b）之前以及在步骤f）之后的如下步骤：

g）从所述电能存储单元中去除第三数量的第二电解质；

h）将第四数量的第三电解质引入到所述电能存储单元中。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，此外包括：

i）根据所确定的老化状态变量确定用于将所述电能存储单元安装到电能存储系统中的挤压力；

j）在考虑到在步骤i）中所确定的挤压力的情况下将所述电能存储单元安装到所述电能存储系统中。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，此外包括：

k）更换在所述电能存储单元之内安置的或以与所述电能存储单元物理接触的方式安置的安全装置、尤其是电熔丝、和/或在所述电能存储单元之内安置的和/或以与所述电能存储单元物理接触的方式安置的电子组件。

9.根据上述权利要求之一所述的方法，此外包括在步骤b）之前的下面的步骤：

l）在预定义的电压极限之内以至少一个预定义的电流曲线对所述电能存储单元充电和/或放电预定义的重复次数。

10.根据权利要求1至9之一所述的方法的应用，用于处理来自包括混合动力车辆在内的电驱动的车辆、来自固定的电能存储设备以及来自电运行的手持式工具的电能存储单元。