DE102006025117A1

DE102006025117A1 - Verfahren und Messspitze für eine zerstörungbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle

Info

Publication number: DE102006025117A1
Application number: DE102006025117A
Authority: DE
Inventors: Robert Klassert
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-06

Abstract

Die Messspitze für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle weist einen im Wesentlichen zylindrischen Schaft (1) und eine Spitze (2) auf, die elektrisch leitend sind. Die Messspitze ist dadurch ausgezeichnet, dass in einem vorbestimmten Bereich des Schafts (1) ein Temperaturfühler (4) angeordnet ist. Bei dem Verfahren zur zerstörungsbehafteten Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle wird die Messspitze mit dem Temperaturfühler (4) in eine zu prüfende Batteriezelle eingebracht. Der Temperaturfühler (4) wird zur Bestimmung einer Temperatur (T) im Inneren der Batteriezelle ausgelesen. Es wird auf diese Weise gleichzeitig ein eine Temperaturerhöhung auslösender innerer Kurzschluss der Batteriezelle hervorgerufen und ein Temperaturfühler (4) ins Innere der Batterie gebracht. So kann die zur Bewertung der Selbstzündungs- und Explosionsgefahr der Batteriezelle im Inneren der Batteriezelle herrschende Temperatur (T) bestimmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messspitze für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle. Die Erfindung betrifft ferner Herstellungsverfahren für Batteriezellen und Batterieeinheiten.
Gerade für leistungsfähige mobile elektrische Geräte werden zunehmend wiederaufladbare Lithium (Li)-Ionen-Batterien eingesetzt. Diese zeichnen sich durch hohe erreichbare volumen- und gewichtsbezogene Energiedichten aus. Die Energiedichte gibt die gespeicherte elektrische Energie pro Volumen beziehungsweise Gewichtseinheit an.
Durch die hohe Energiedichte und den damit verbundenen hohen möglichen Entladeströmen kann bei Li-Ionen-Batteriezellen ein Kurzschluss jedoch zu einer nennenswerten Erwärmung der Batteriezellen (im Folgenden auch kurz als Zellen bezeichnet) führen. Durch diese Erwärmung kann unter Umständen eine kritische Temperatur überschritten werden, ab der zusätzliche chemische Reaktionen innerhalb der Zelle einsetzen, die die Temperatur der Zelle weiter erhöhen, so dass es bis zur Selbstentzündung oder Explosion kommen kann.
Li-Ionen-Zellen werden daher üblicherweise einer Vielzahl von Prüfungen unterzogen, um ihr Gefährdungspotenzial einschätzen zu können. Neben Stoßtests und Entladetests über externe Strompfade ist dabei der sogenannte Nageltest bekannt. Bei diesem Nageltest werden Zellen von einem elektrisch leitfähigen Nagel durchbohrt. Der Nagel erzeugt in der Zelle einen inneren Kurzschluss, der wegen des geringen Widerstands des Nagels bei Zellen mit einem geringen Innenwiderstand zu entsprechend hohen Entladeströmen führt. Der Nageltest gilt als bestanden, wenn die Testzelle dabei weder entflammt noch explodiert.
Ein Problem in der Bewertung des Tests liegt darin, dass es für Zellen, die den Test bestanden haben, keinerlei Information darüber gibt, mit welcher Sicherheitstoleranz der Test bestanden wurde. Wenn eine Zelle im Testverlauf den Bedingungen, unter denen eine Selbstentzündung oder eine Explosion erfolgt, bereits sehr nahe gekommen ist, können geringe Änderungen der Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise Umgebungstemperatur oder Wärmeisolierung der Zelle, bereits dazu führen, dass es in einem vergleichbaren Kurzschlussfall beim Betrieb der Zelle zur Selbstentzündung oder Explosion kommt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur zerstörungsbehafteten Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle anzugeben, das eine quantitative Bewertung der Selbstentzündungs- beziehungsweise Explosionsgefahr einer Batteriezellen beim Kurzschluss zulässt. Es ist weiter eine Aufgabe, eine Messspitze für eine solche Prüfung anzugeben und Herstellungsverfahren für Batteriezellen und Batterieeinheiten anzugeben, die bezüglich ihrer Selbstentzündungs- und Explosionsgefahr quantitativ bewertet sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur zerstörungsbehafteten Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle, bei dem eine elektrisch leitende Messspitze mit Temperaturfühler in die zu prüfende Batteriezelle eingebracht wird und der Temperaturfühler zur Bestimmung einer Temperatur im Inneren der Batteriezelle ausgelesen wird. Durch die elektrisch leitende Messspitze mit integriertem Temperaturfühler wird sowohl ein eine Temperaturerhöhung auslösender innerer Kurzschluss der Batteriezelle hervorgerufen und gleichzeitig der Temperaturfühler ins Innere der Batteriezelle gebracht. Auf diese Weise wird die zur Bewertung einer Selbstentzündungs- und Explosionsgefahr tatsächlich relevante Temperatur im Inneren der Batteriezelle bestimmt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Schritt des Auslesens der Temperatur wiederholt durchgeführt, derart, dass die Temperatur in Abhängigkeit der Zeit nach dem Einbringen der Messspitze bestimmt wird. Besonders vorteilhaft wird eine maximale Temperatur, die nach dem Einbringen der Messspitze erreicht wird ermittelt und die Batteriezelle abhängig von der maximalen Temperatur bewertet. Mit der maximalen Temperatur im Inneren der Batteriezelle ist ein aussagekräftiger Parameter zur quantitativen Bewertung der Selbstentzündungs- und Explosionsgefahr der Batteriezelle gewonnen.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Messspitze für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle. Die Messspitze weist einen im Wesentlichen zylindrischen Schaft und eine Spitze auf, die elektrisch leitend sind. Die Messspitze ist dadurch ausgezeichnet, dass in einem vorbestimmten Bereich des Schafts ein Temperaturfühler angeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Messspitze weist der Schaft eine von der Spitze beabstandete und in Richtung der Spitze weisende Anschlagfläche auf. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Anschlagfläche durch eine Verbreiterung des Schafts gebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messspitze ist zwischen der Anschlagfläche und dem Temperaturfühler ein Abstand vorgesehen, der im Wesentlichen einem halben Durchmesser einer zu prüfenden zylindrischen Batteriezelle entspricht.
Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Herstellungsverfahren für Batteriezellen, das ein Überprüfen mindestens einer Batteriezelle aus einer Vielzahl von Batteriezellen nach einem der genannten Verfahren umfasst.
Gemäß einem vierten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Herstellungsverfahren für Batterieeinheiten, aufweisend je mindestens eine Batteriezelle, bei dem aus einer Vielzahl von Batteriezellen mindestens eine Zelle ausgewählt und nach einem der genannten Verfahren überprüft wird. Daraufhin werden die Batterieeinheiten unter Verwendung der nicht überprüften Batteriezellen der Vielzahl von Batteriezellen hergestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Herstellungsverfahren werden die Batteriezellen bzw. Batterieeinheiten anhand des Ergebnis der Überprüfung der mindestens einen Batteriezelle bewertet und/oder klassifiziert.
Die Vorteile des zweiten bis vierten Aspekts der Erfindung entsprechen denen des ersten Aspekts.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von fünf Figuren näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messspitze für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messspitze für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messspitze für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle,
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung und
5 eine Darstellung der Temperatur in einer Batteriezelle während einer zerstörungsbehafteten Kurzschlussprüfung in Abhängigkeit der Prüfzeit für zwei verschiedene Batteriezellen.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messspitze in einer schematischen Querschnittszeichnung dargestellt. Die Messspitze weist einen Schaft 1 auf, mit einem vorderen Abschnitt 1a sowie einem gegenüber dem vorderen Abschnitt 1a verbreiterten Abschnitt 1b. An dem vom verbreiterten Abschnitt 1b abgewandten Ende des Schafts 1 ist eine Spitze 2 vorgesehen. Der Schaft 1 weist eine Bohrung 3 auf, in die ein Temperaturfühler 4 mit Anschlusskabeln 5 eingesteckt ist. Am Übergang vom verbreiterten Abschnitt 1b zum vorderen Abschnitt 1a des Schafts 1 weist die Messspitze eine Anschlagfläche 6 auf, die in Richtung der Spitze 2 weist. Der Temperaturfühler 4 ist von der Anschlagfläche 6 gemessen in einem Abstand A_T positioniert. Die Spitze 2 befindet sich in einem Abstand A_S von der Anschlagfläche 6.
Der Schaft 1 und die Spitze 2 sind als Grundkörper der Messspitze vorteilhafterweise einstückig aus einem elektrisch leitenden Material mit hoher Oberflächenhärte hergestellt. Es bietet sich beispielsweise an, den Schaft 1 mit der angesetzten Spitze 2 aus Stahl als Drehteil herzustellen. Der vordere Abschnitt 1a des Schafts 1 weist einen geringeren Durchmesser auf als der verbreiterte Abschnitt 1b. Es ist günstig, in einem nächsten Arbeitsschritt die Bohrung 3 auszuführen, bevor der Grundkörper der Messspitze abschließend gehärtet wird.
Im Verlauf des Prüfverfahrens wird die Messspitze mit der Spitze 2 und dem vorderen Teil des Schafts 1a bis zur Anschlagfläche 6 gewaltsam in eine zu prüfende Batteriezelle eingebracht. Aus Sicherheitsgründen geschieht dies meist in einer nach außen abgeschlossenen Testumgebung mithilfe einer Pressvorrichtung. Um die Messspitze kraftschlüssig mit der Pressvorrichtung zu verbinden, kann der verbreiterte Abschnitt 1b des Schafts 1 zum Beispiel mit einem Außengewinde versehen sein, mit dem die Messspitze in eine entsprechende Halterung der Pressvorrichtung geschraubt wird. Alternativ ist möglich, an der Pressvorrichtung eine Spannzange vorzusehen, in die der verbreiterte Abschnitt 1b des Schafts 1 eingespannt wird. Gegebenenfalls kann eine oder mehrere eingestochene Nuten in dem verbreiterten Abschnitt 1b des Schafts 1 zur besseren Aufnahme von Kräften in Längsrichtung der Messspitze vorgesehen sein.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bohrung 3 bis an die Spitze 2 heran ausgeführt. Der Temperaturfühler 4 ist bis an das Ende der Bohrung 3 in die Messspitze eingesetzt. Der Temperaturfühler 4 erlaubt vorteilhafterweise eine möglichst lokale Temperaturmessung, so dass vom Temperaturfühler 4 im Wesentlichen die Temperatur der Spitze 2 bestimmt wird. Zur Temperaturmessung ist beispielsweise ein aus Thermodrähten aufgebautes Thermoelement geeignet, bei dem sich an dem eingeschobenen Ende kontaktierende Thermodrähte den Temperaturfühler 4 bilden. Im weiteren Verlauf sind die Thermodrähte dann in einer geeigneten Isolierhülle voneinander getrennt als Anschlusskabel 5 aus der Messspitze geführt. Neben Thermoelementen können für den Temperaturfühler 4 jedoch auch beliebige andere temperaturempfindliche Elemente eingesetzt werden, beispielsweise PCT- oder NCT-Widerstände (Positive/Negative Temperature Coefficient) oder Halbleiterübergänge.
Es kann davon ausgegangen werden, dass im Kurzschlussfall im Inneren einer Batteriezelle die höchsten Temperaturen herrschen. Es ist daher erstrebenswert, mit der Messspitze die Temperatur möglichst exakt in der Mitte der Zelle zu bestimmen. Da beim Prüfverfahren die Messspitze bis zur Anschlagfläche 6 in die Batteriezelle eingepresst wird, ist der Abstand A_T des Temperaturfühlers 4 von der Anschlagfläche 6 sinnvollerweise so ausgelegt, dass sich der Temperaturfühler 4 bei vollständig in die Batteriezelle eingepresster Messspitze im Zentrum der Zelle befindet. Beispielsweise ist bei einer zylinderförmigen Batteriezelle, bei der die Messspitze durch die Zylinderwand in die Batteriezelle eingebracht wird, der Abstand A_T in etwa gleich dem halben Durchmesser der Batteriezelle zu wählen. Im Ausführungsbeispiel von 1 ist der Abstand A_S von der Anschlagfläche 6 bis zur Spitze 2 nur unwesentlich größer als der Abstand A_T, so dass sich beim Prüfvorgang die Spitze 2 der Messspitze ebenfalls im Wesentlichen im Zentrum der Batteriezelle befindet.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messspitze schematisch im Querschnitt gezeigt. Die Messspitze in 2 entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten Messspitze, außer, dass der vordere Abschnitt 1a des Schafts 1 so ausgeführt ist, dass der Abstand A_S in etwa doppelt so groß ist wie der Abstand A_T. Wenn der Abstand A_T ebenso wie im Ausführungsbeispiel von 1 so ausgelegt ist, dass sich der Temperaturfühler 4 bei der Prüfung im Zentrum einer zylinderförmigen Batteriezelle befindet, wird die Spitze 2 der Messspitze auf der der Einstichstelle der gegenüberliegenden Seite der Batteriezelle wieder ausgetreten sein. In dieser Ausführungsform ruft die Messspitze daher zu beiden Seiten des Temperaturfühlers 4 einen Kurzschluss in der Batteriezelle hervor.
In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messspitze in gleicher Weise wie in den 1 und 2 schematisch im Querschnitt gezeigt. Die Messspitze in 3 entspricht ebenfalls im Wesentlichen der in 1 gezeigten Messspitze, außer, dass ein an den verbreiterten Abschnitt 1b angrenzender Teil des vorderen Abschnitts 1a des Schafts 1 von einer Isolierung 7 umgeben ist. Die Isolierung 7 besteht aus einem elektrisch isolierenden und vorzugsweise mechanisch widerstandsfähigem Material, z.B. einem Kunststoff. Die Isolierung 7 kann, wie in der Figur gezeigt, in eine entsprechende Vertiefung in den vorderen Abschnitts 1a des Schafts 1 eingelassen sein. In diesem Fall ist die Isolierung 7 gut gegen mechanische Beschädigung beim Einbringen der Messspitze in eine Batteriezelle geschützt. Es ist aber ebenso möglich, die Isolierung 7 auf den vorderen Abschnitt 1a aufzubringen, ohne dass dessen Durchmesser im Bereich der Isolierung 7 verringert ist. Dass die in 3 gezeigte Messspitze einen größeren Durchmesser als die in den 1 und 2 gezeigten Messspitzen aufweist, dient der übersichtlicheren Darstellung und ist kein prinzipielles Erfordernis dieses Ausführungsbeispiels. Durch die Isolierung 7 ist der von der Messspitze hervorgerufene Kurzschluss im Unterschied zu den zuvor gezeigten Messspitzen auf das Zentrum der Batteriezelle beschränkt.
In 4 ist ein Verfahren für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle im Flussdiagramm gezeigt. Das Verfahren kann dabei beispielsweise mit einer der zuvor im Zusammenhang mit den 1 bis 3 beschriebenen Messspitze durchgeführt werden.
In einem Schritt S1 wird die Messspitze in die zu prüfende Batteriezelle eingebracht. Wie bereits erwähnt, geschieht dies aus Sicherheitsgründen meist in einer abgeschlossenen Testumgebung durch eine automatisierte Pressvorrichtung. Weiterhin wird eine Uhr zur Messung einer Prüfzeit t gestartet und beispielsweise der Zeitpunkt, in dem die Anschlagfläche 6 der Messspitze an der Batteriezelle anschlägt, als Startzeitpunkt für die Prüfzeit definiert (t = 0).
In einem zweiten Schritt S2 wird der Temperaturfühler 4 ausgelesen und ein korrespondierender Temperaturwert T bestimmt. Der bestimmte Temperaturwert T wird zusammen mit dem Zeitpunkt t dieser Temperaturmessung als T(t) gespeichert.
In einem Schritt S3 wird danach überprüft, ob weitere Temperaturmessungen vorzunehmen sind. Falls das so ist, verzweigt das Verfahren zurück zum Schritt S2 zur Aufnahme eines weiteren Temperaturwertes. Beispielsweise eine Prüfdauer vorgegeben sein, so dass eine Wiederholung des Schrittes S2 so lange erfolgt, bis die Prüfzeit t die Prüfdauer erreicht hat. Ebenfalls ist denkbar, als Kriterium für den Schritt S3 Temperaturschwellen anzugeben. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die in Schritt S2 gemessene Temperatur T zunächst mit einer ersten Schwellentemperatur zu vergleichen und den Schritt S2 so lange zu wiederholen, bis die in dem Schritt S2 gemessene Temperatur die erste Schwellentemperatur übersteigt. Danach wird die in Schritt S2 gemessene Temperatur mit einer zweiten Schwellentemperatur verglichen und der Schritt S2 so lange wiederholt, bis die in dem Schritt S2 gemessene Temperatur unter dem zweiten Schwellenwert liegt. Der zweite Schwellenwert liegt dabei vorteilhafterweise unter dem ersten Schwellenwert. Auf diese Weise wird die Dauer der Prüfung an die gemessenen Temperaturwerte T angepasst, wodurch sichergestellt ist, dass relevante Temperaturwerte T im Verlauf des Prüfungsverfahrens erfasst werden.
Nach dem auf diese Weise die Temperaturwerte T(t) bestimmt und gespeichert sind, werden diese Temperaturwerte T(t) in einem Schritt S4 graphisch dargestellt. In einem Schritt S5 wird daraufhin ermittelt, ob die gemessene Temperatur T im Verlauf der Prüfung einen Maximalwert angenommen hat und falls ja, wird die dabei erreichte Temperatur T_max bestimmt. Anhand dieser Temperatur T_max ist eine quantitative Bewertung des Gefahrenpotenzials für eine Selbstentzündung oder eine Explosion der geprüften Batteriezelle möglich. Dieses wird im Folgenden im Zusammenhang mit 5 näher ausgeführt.
In 5 sind typische gemessene Temperaturverläufe T(t), wie sie bei Batteriezellen in einer Prüfung gemäß 4 mithilfe des Temperaturfühlers 4 einer erfindungsgemäßen Messspitze aufgenommen werden können, schematisch dargestellt.
In Richtung der Ordinate des Diagramms sind die gemessenen Temperaturwerte T in Abhängigkeit von der Messzeit t, die entlang der Abszisse aufgetragen ist, dargestellt. Das Ergebnisse der Temperaturmessung einer ersten Batteriezelle ist als durchgezogene Linie gezeigt. Die Messung beginnt bei t = 0 mit der Messung einer Temperatur, die der Raumtemperatur T_RT entspricht. Durch das Einbringen der Messspitze wird in der Batteriezelle ein innerer Kurzschluss ausgelöst, wodurch die Temperatur T nach einer kurzen Verzögerungszeit monoton ansteigt. Im weiteren Verlauf verlangsamt sich der Temperaturanstieg und es wird zum Zeitpunkt t_max ein Temperaturmaximum bei einer Temperatur T_max erreicht. Bis zum Ende der Prüfung sinkt die Temperatur dann langsam und stetig ab.
In die 5 ist als waagerechte gestrichelte Linie eine kritische Temperatur T_c eingetragen. Wenn die Temperatur der Batteriezelle diese kritische Temperatur T_c erreicht, können innerhalb der Batteriezelle neben Entladevorgängen weitere exotherme chemische Reaktionen einsetzen, die zu einem weiteren Temperaturanstieg der Zelle führen können. Der Wert der kritischen Temperatur T_c ist abhängig von der genauen Zusammensetzung der Batteriezelle und kann beispielsweise empirisch ermittelt werden. T_c ist häufig mit den Schmelztemperaturen von in der Zelle benutzten Bindematerialien verknüpft.
Die in 5 eingezeichnete gestrichelte zweite Messkurve einer zweiten Batteriezelle ist in ihrem Temperaturverlauf qualitativ zunächst der ersten Messkurve ähnlich, die erreichten Temperaturen liegen jedoch oberhalb der der ersten Messkurve und die kritische Temperatur wird erreicht. Die ab der kritischen Temperatur zusätzlich einsetzenden exothermen Reaktionen führen zu einem weiteren Temperaturanstieg über den in 5 gezeigten Ordinatenabschnitt hinaus bis zur Selbstentzündung oder Explosion.
Aus der ersten, durchgezogen dargestellten Messkurve kann nach Bestimmung der Maximaltemperatur T_max die Differenz zwischen der kritischen Temperatur T_c und der Maximaltemperatur T_max als Temperaturunterschied ΔT_c ermittelt werden. Dieser Temperaturunterschied ΔT_c ist ein quantitatives Maß dafür, wie nah eine Batteriezelle im Verlauf der Prüfung dem kritischen Zustand (Ereichen der kritischen Temperatur T_c), der zur Selbstentzündung oder Explosion führt, gekommen ist. Bei einem Nageltest nach dem Stand der Technik konnte bisher nur festgestellt werden, dass eine Batteriezelle die Kurzschlussprüfung bestanden hat, wenn sie nicht entflammt oder explodiert ist. Nach einer Kurzschlussprüfung wie im Zusammenhang mit 4 beschrieben kann anhand des Temperaturunterschieds ΔT_c darüber hinaus angegeben werden, mit welcher Sicherheitsreserve die Prüfung bestanden wurde. Denkbar ist beispielsweise, dass Abhängig von der Größe des Temperaturunterschieds ΔT_c verschiedene Sicherheitseinstufungen oder Klassifizierungen für die Batteriezelle erfolgen. Je größer der gemessene Temperaturunterschied ΔT_c ist, je geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es auch bei Änderungen der Umgebungsbedingungen (Raumtemperatur, thermische Isolierung der Zelle) zu Selbstentzündung oder Explosion kommt.
Für ein Herstellungsverfahren von Batteriezellen kann das im Zusammenhang mit den 4 und 5 beschriebene Prüf- und Auswerteverfahren eingesetzt werden, in dem eine stichprobenhafte Auswahl aus einer Vielzahl von gleichartigen Zellen, z.B. aus einer Produktionscharge oder eines Typs, getroffen wird, die der Kurzschlussprüfung unterzogen werden. Anhand der Ergebnisse dieser Prüfungen kann eine Klassifizierung des Sicherheitsrisikos der geprüften Batteriezellen erfolgen und diese Klassifizierung auf die Vielzahl der gleichartigen Zellen übertragen werden. Wenn aus den Batteriezellen Batterieeinheiten, auch Batteriemodule oder Akkupacks genannt, die zum Beispiel in Notebooks oder anderen elektronischen Geräten Verwendung finden, aufgebaut werden, kann die Klassifizierung der Batteriezellen auf diese Batterieeinheiten übertragen werden. Ebenfalls ist möglich, das Prüfungsverfahren auf Batteriezellen, die bereits in Batterieeinheiten eingebaut sind, anzuwenden. Die dabei gewonnenen Ergebnisse können wiederum zur Klassifizierung der Batterieeinheiten dienen.
Da Li-Ionen-Batteriezellen aufgrund ihrer hohen Energiedichte verglichen mit anderen Typen von Batteriezellen ein relativ hohes Selbstentzündungs- und Explosionsrisiko aufweisen, sind die beschriebenen Verfahren für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung sowie die Herstellungsverfahren für Batteriezellen oder Batterieeinheiten insbesondere für Li-Ionen-Batteriezellen geeignet. Selbstverständlich können sie jedoch auch für andere wiederaufladbare und auch nicht wiederaufladbare Batteriezellen eingesetzt werden.

1: Schaft
1a: vorderer Abschnitt (des Schafts)
1b: verbreiterter Abschnitt (des Schafts)
2: Spitze
3: Bohrung
4: Temperaturfühler
5: Anschlusskabel
6: Anschlagfläche
7: Isolierung
A_T: Abstand von dem Temperaturfühler zur Anschlagfläche
A_S: Abstand von der Spitze zur Anschlagfläche

Claims

Verfahren für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle mit den Schritten: – Einbringen einer elektrisch leitenden Messspitze mit Temperaturfühler (4) in die prüfende Batteriezelle und – Auslesen des Temperaturfühlers (4) zum Bestimmen einer Temperatur (T) im Inneren der Batteriezelle.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Auslesens der Temperatur (T) wiederholt durchgeführt wird, derart, dass die Temperatur (T) in Abhängigkeit einer Zeit (t) nach dem Einbringen der Messspitze bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 mit dem zusätzlichen Schritten: – Ermitteln einer maximalen Temperatur (T_max), die nach dem Einbringen der Messspitze erreicht wird und – Bewerten der Batteriezelle abhängig von der maximalen Temperatur (T_max)
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Batteriezelle als Batteriezelle mit kritischer Explosionsgefahr bewertet wird, wenn die maximale Temperatur (T_max) einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Messspitze für eine zerstörungsbehaftete Kurzschlussprüfung einer Batteriezelle, mit einem im wesentlichen zylindrischen Schaft (1) und einer Spitze (2), wobei der Schaft (1) und die Spitze (2) elektrisch leitend sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorbestimmten Bereich des Schafts (1) ein Temperaturfühler (4) angeordnet ist.
Messspitze nach Anspruch 5, bei der der Schaft (1) in seiner Längsrichtung eine Bohrung (3) zur Aufnahme des Temperaturfühlers (4) aufweist.
Messspitze nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei der der vorbestimmte Bereich des Schafts (1), in dem der Temperaturfühler (4) angeordnet ist, nahe der Spitze (2) ist.
Messspitze nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der Schaft (1) eine von der Spitze (2) beabstandete und in Richtung der Spitze (2) weisende Anschlagsfläche (6) aufweist.
Messspitze nach Anspruch 8, bei der die Anschlagsfläche (6) durch eine verbreiterten Abschnitt (1b) des Schafts (1) gebildet ist.
Messspitze nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der zwischen der Anschlagfläche (6) und dem Temperaturfühler (4) ein Abstand A_T vorgesehen ist, der im Wesentlichen einem halben Durchmesser einer zu prüfenden zylinderförmigen Batteriezelle entspricht.
Messspitze nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei zwischen der Anschlagfläche (6) und der Spitze (2) ein Abstand A_S vorgesehen ist, der im Wesentlichen einem halben Durchmesser einer zu prüfenden zylinderförmigen Batteriezelle entspricht.
Messspitze nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Anschlagfläche (6) von der Spitze (2) einen Abstand A_S aufweist, der einen Durchmesser einer zu prüfenden zylinderförmigen Batteriezelle übersteigt.
Messspitze nach einem der Ansprüche 5 bis 12, die aus gehärtetem Stahl gefertigt ist.
Herstellungsverfahren für Batteriezellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren ein Überprüfen mindestens einer Batteriezelle aus einer Vielzahl von Batteriezellen nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 14, bei dem die Vielzahl von Batteriezellen anhand des Ergebnisses der Überprüfung der mindestens einen Batteriezelle bewertet und/oder klassifiziert wird.
Herstellungsverfahren für Batterieeinheiten, aufweisend mindestens eine Batteriezelle, mit den folgenden Schritten: – Auswählen von mindestens einer Batteriezelle aus einer Vielzahl von Batteriezellen, – Überprüfen der mindestens einen Batteriezelle nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, – Herstellen von Batterieeinheiten unter Verwendung der nicht überprüften Batteriezellen der Vielzahl von Batteriezellen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, bei dem die Batterieeinheiten anhand des Ergebnisses der Überprüfung der mindestens einen Batteriezelle bewertet und/oder klassifiziert werden.