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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formieren von Einzelzellen
einer Batterie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 und eine Formierungsvorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 11.
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Aus
dem Stand der Technik ist, wie in der
EP 0 964 470 A1 beschrieben, eine Batteriestromversorgung
bekannt. Eine Batterieanordnung umfasst eine Mehrzahl seriell elektrisch
miteinander verbundener Batteriemodule, in welchen eine Mehrzahl
von Einzelzellen seriell elektrisch miteinander verbunden sind.
Durch eine Luftkühlung mittels eines Lüfters ist eine
korrekte Temperatur der Batteriemodule einhaltbar. Eine Steuereinheit
steuert den Lüfter in Abhängigkeit von ermittelten
Sensordaten von Sensoren zur Ermittlung von Spannung, Strom und
Temperatur und gibt die ermittelten. Sensordaten und Daten zum Ladezustand
aus. Eine Lade-/Entladeeinheit umfasst unter anderem ein Relais,
welches den Lade-/Entladevorgang bei einem Fehler unterbricht, einen Überspannungsschutz
und einen Stromsensor. Dadurch ist eine korrekte Funktion der Batteriestromversorgung
ohne Überladung oder zu starke Entladung sicherstellbar.
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In
der
EP 1 109 237 B1 wird
eine modulare Konfiguration beschrieben. Ein elektrochemisches Zellenmodul
umfasst eine Zellenanordnung, die eine Mehrzahl von elektrochemischen
Zellen aufweist, die durch eine Mehrzahl von elektrischen Anschlussteilen
verbunden sind, sowie mindestens eine Zellenhaltetafel zum Halten
der Zellen in einem vorbestimmten Abstand. Die Zellenhaltetafel
weist eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche
gegenüberliegende zweite Oberfläche auf. Die erste Oberfläche
weist eine Mehrzahl von Hohlräumen darin zum Aufnehmen
der elektrochemischen Zellen auf. Die zweite Oberfläche
weist eine Mehrzahl von Aussparungen darin zum Aufnehmen der Mehrzahl von
elektrischen Anschlussteilen auf.
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Die
Haltetafel weist eine Mehrzahl von Löchern darin zum Führen
einer Fluidströmung auf, um innerhalb jeder Zelle eine
gleichmäßige Temperaturverteilung aufrechtzuerhalten.
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Aus
der
EP 1 116 286 B1 ist
eine Vorrichtung zum Formieren einer Mehrzahl von zu einer Gruppe zusammengefasster
Akkumulatoren, insbesondere Akkumulatoren für Kraftfahrzeuge,
bekannt, welche auf einem Tragelement positioniert sind und deren Pole
an einer oberen Gehäusewand angeordnet sind. Die Vorrichtung
umfasst ein als Platte, Rahmen, Gitter oder Leiste ausgebildetes
flächiges Bauelement, an dem eine Mehrzahl von mit den
Polen der Akkumulatoren korrespondierende Polkontakte angeordnet
sind, die in Art einer Matrix in Reihen und Spalten an dem Bauelement
positioniert sind. Die Polkontakte stehen über an dem Bauelement
befestigte elektrische Leitungselemente mit einem zentralen elektrischen
Versorgungsanschluss des Bauelements in Verbindung. Zum Formieren
der Akkumulatoren ist das Bauelement mit den Polkontakten auf die
Pole der Gruppe von Akkumulatoren zur Herstellung einer leitenden
Verbindung zwischen Polkontakten und Polen auflegbar oder aufsetzbar.
Das Bauelement besteht aus einem Rahmen mit daran angeordneten Querstreben
und/oder Längsstreben. Der Abstand der Reihen und/oder
Spalten weist solche Werte auf, dass die Polkontakte mit den Polen
von Akkumulatorgruppen unterschiedlicher Baugröße, gegebenenfalls
unter modifizierter Gruppierung der Akkumulatoren kontaktierbar
sind.
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In
der
EP 1 746 679 A1 ist
eine Batterieladevorrichtung zum Laden zumindest zweier ladbarer Batterieanordnungen
beschrieben. Die Ladevorrichtung umfasst eine erste Oberfläche
zum elektrischen Verbinden mit zumindest zwei ladbaren Batterieanordnungen,
einen ersten Ausgang auf der ersten Oberfläche, welcher
gegenüber zumindest einem Teil eines Ventingsystems einer
Batterieanordnung angeordnet ist sowie einen zweiten Ausgang auf
der ersten Oberfläche, welcher gegenüber zumindest
einem Teil eines Ventingsystems einer anderen Batterieanordnung
angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Ladevorrichtung einen Mechanismus
zum gleichzeitigen Durchströmen eines Fluids durch die
Ventingsysteme der zumindest zwei Batterieanordnungen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zum Formieren von Einzelzellen einer Batterie und eine Formierungsvorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
zum Formieren von Einzelzellen einer Batterie mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Formierungsvorrichtung
wird die Aufgabe durch die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale gelöst.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Ein
Verfahren zum Formieren von Einzelzellen einer Batterie, insbesondere
Lithium-Ionen-Einzelzellen, umfasst zumindest einen vorgegebenen Ladevorgang
und einen vorgegebenen Entladevorgang zu einer Aktivierung elektrochemischer
Prozesse in den Einzelzellen.
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Erfindungsgemäß werden
Einzelzellen, welche in einem Zellverbund elektrisch seriell und/oder parallel
verbunden sind, gemeinsam formiert.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist im Vergleich
zum Stand der Technik eine erhebliche Zeit- und Kostenreduktion
erzielbar, da die Einzelzellen nicht mehr einzeln formiert und somit
einzeln elektrisch mit einer Ladeeinrichtung verbunden und zur Abführung
von Verlustwärme einzeln gekühlt werden müssen.
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Zweckmäßigerweise
wird der Zellverbund mit einer Lade-/Entladeeinheit elektrisch verbunden. Dadurch
sind die Einzelzellen des Zellverbundes gemeinsam formierbar.
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Vorzugsweise
werden die Einzelzellen gekühlt, besonders bevorzugt mittels
zumindest einer am Zellverbund angeordneten Kühleinrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kühleinrichtung über
einen Kühlkreislauf mit einem Kühlsystem verbunden
und von einem Kühlmedium durchströmt. Bei Lade-
und Entladevorgängen der Einzelzellen entsteht Verlustwärme,
welche abgeführt werden muss, um eine Überhitzung
und Schädigung der Einzelzellen zu vermeiden. Da Batterien,
welche zumindest einen Zellverbund derartiger Einzelzellen umfassen,
auch während eines Einsatzes beispielsweise in einem Fahrzeug
gekühlt werden müssen, ist an diesen bereits eine
Kühleinrichtung angeordnet, beispielsweise eine Kühlplatte,
welche bei einem Einsatz im Fahrzeug beispielsweise an ein Kühlsystem
im Fahrzeug angeschlossen und von einem Kühlmedium durchströmt
wird. Diese Kühleinrichtung ist auch für das Verfahren
nutzbar, indem sie über einen Kühlkreislauf mit
einem Kühlsystem verbunden wird und dadurch von einem Kühlmedium
durchströmt wird. Auf diese Weise ist während
des Verfahrens eine optimale Kühlung der Einzelzellen sichergestellt,
da die während des Ladevorgangs und des Entladevorgangs
erzeugte Verlustwärme effektiv aus den Einzeltzellen abtransportiert
wird. Dadurch ist eine Überhitzung und Schädigung
der Einzelzellen verhinderbar.
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Der
Ladevorgang und/oder der Entladevorgang werden in vorteilhafter
Weise mittels eines Batteriemanagementsystems überwacht
und/oder geregelt. Vorzugsweise werden mittels des Batteriemanagementsystems
und/oder einer Einrichtung zum Ladungsausgleich eine Zellspannungsüberwachung und/oder
ein Ausgleich eines Ladezustands der Einzelzellen ausgeführt.
Auf diese Weise sind die Einzelzellen optimal formierbar, da ein
gleichmäßiges Laden und Entladen der Einzelzellen
ermöglicht wird. Dadurch ist nach dem Formieren eine maximale
Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Einzelzellen sichergestellt.
Insbesondere ist durch das Batteriemanagementsystem eine Schädigung
der Einzelzellen, beispielsweise aufgrund einer Überladung
oder zu starken Entladung verhinderbar. Da Batterien, welche zumindest
einen Zellverbund von Einzelzellen umfassen, auch während
eines Einsatzes beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere in
einem Hybridfahrzeug geladen und entladen werden, sind eine Zellspannungsüberwachung
und eine Einrichtung zum Ladungsausgleich erforderlich, um die Ladevorgänge
und Entladevorgänge zu überwachen und Schädigungen
der Einzelzellen beispielsweise durch Überladung oder zu
starke Entladung zu vermeiden. Ist zu diesem Zweck ein Batteriemanagementsystem an
der Batterie angeordnet, so ist dieses auch im Verfahren zum Formieren
der Einzelzellen nutzbar.
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Zweckmäßigerweise
werden der Ladevorgang und/oder der Entladevorgang bei einer zu
ungleichmäßigen Ladung und/oder Entladung der
Einzelzellen unterbrochen und mittels der Einrichtung zum Ladungsausgleich
wird ein Ausgleich des Ladezustands der Einzelzellen durchgeführt.
Beispielsweise bei einer zu ungleichmäßigen Ladung
der Einzelzellen, welche mittels der Zellspannungsüberwachung
feststellbar ist, ist die Gefahr sehr groß, dass einige
Einzelzellen bei einem fortgesetzten Ladevorgang überladen
und dadurch beschädigt werden. Daher wird, wenn eine solche
ungleichmäßige Ladung oder auch ungleichmäßige
Entladung festgestellt wird, der Ladevorgang bzw. der Entladevorgang
zunächst unterbrochen und ein Ausgleich des Ladezustands
der Einzelzellen durchgeführt, beispielsweise solange,
bis alle Einzelzellen ein weitgehend gleiches Ladungsniveau erreicht
haben. Danach wird der Ladevorgang bzw. der Entladevorgang fortgesetzt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform wird bei einem Kurzschluss
in zumindest einer Einzelzelle der Ladevorgang und/oder der Entladevorgang
unterbrochen, vorzugsweise durch Auslösen einer Schmelzsicherung,
welche beispielsweise seriell mit den Einzelzellen verbunden ist.
Dadurch sind Folgeschäden für die anderen Einzelzellen
und daraus resultierende hohe Kosten verhinderbar. Wenn beispielsweise
bei Batterien, welche zumindest einen Zellverbund von Einzelzellen
umfassen und zum Einsatz beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere
in einem Hybridfahrzeug vorgesehen sind, bereits eine solche Schmelzsicherung
vorhanden ist, ist diese während des Verfahrens nutzbar.
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Eine
Formierungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
umfasst erfindungsgemäß eine Lade-/Entladeeinheit.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst
die Formierungsvorrichtung ein Kühlsystem und/oder ein
Batteriemanagementsystem. An diese Formierungsvorrichtung sind Batterien,
welche zumindest einen Zellverbund von Einzelzellen umfassen, eine
Kühleinrichtung und beispielsweise auch ein Batteriemanagementsystem aufweisen
und zum Beispiel für einen Einsatz in einem Fahrzeug, insbesondere
in einem Hybridfahrzeug bestimmt sind, anschließbar und
mittels der Formierungsvorrichtung und des Verfahrens formierbar.
Dadurch ist ein Zeit- und Kostenaufwand erheblich reduzierbar, da
vorhandene Einrichtungen der Batterie durch Anschließen
an die Formierungsvorrichtung nutzbar sind und eine Mehrzahl in
einem Zellverbund elektrisch seriell und/oder parallel verbundener
Einzelzellen gleichzeitig formierbar sind. Eine einzelne Formierung
jeder Einzelzelle, wie im Stand der Technik, entfällt somit.
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Das
Verfahren und die Formierungsvorrichtung sind besonders bevorzugt
in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb oder
in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug einsetzbar. Die in einem solchen
Fahrzeug eingesetzten Batterien, welche zumindest einen Zellverbund
von Einzelzellen umfassen, sind an einem Kühlsystem des Fahrzeugs
und an einer Lade-/Entladeeinheit angeschlossen. Bei einem Hybridfahrzeug
wird das Verfahren beispielsweise nach Fertigstellung des Fahrzeugs
oder nach einem Austausch der Batterien durchgeführt, wenn
ein Verbrennungsmotor des Fahrzeugs im Einsatz ist. Bis zu einem
Abschluss des Verfahrens wird das Fahrzeug beispielsweise ausschließlich
mit dem Verbrennungsmotor betrieben oder beispielsweise ein Elektromotor
nur eingesetzt zum Entladen der Einzelzellen während des Verfahrens.
Eine vollständige Einsatzfähigkeit des Hybridantriebs
steht somit erst nach Abschluss des Verfahrens zu Verfügung.
Da dieses Verfahren jedoch beispielsweise nach nur ca. 48 Betriebsstunden abgeschlossen
ist und während dieser Zeit ein Einsatz des Fahrzeugs mittels
des Verbrennungsmotors sichergestellt ist, ist diese vorübergehende
Einschränkung der Einsatzfähigkeit vernachlässigbar. Für
eine Herstellung der Batterien bedeutet dies jedoch eine erhebliche
Reduzierung von Zeitaufwand, Fertigungsaufwand und damit verbundenen
Kosten.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Batterie,
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2 eine
perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer
Batterie, und
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3 eine
perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
einer Batterie.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Ein
Verfahren zum Formieren von Einzelzellen 1.1 bis 1.n einer
Batterie 2 und eine Formierungsvorrichtung 3 zur
Durchführung des Verfahrens sind beispielsweise bei Batterien 2 mit
Rundzellen als Einzelzellen 1.1 bis 1.n, wie in
den 1 und 2 dargestellt, und bei Batterien 2 mit
Flachzellen als Einzelzellen 1.1 bis 1.n, wie
in 3 dargestellt, verwendbar. In den Einzelzellen 1.1 bis 1.n sind,
in den Figuren nicht dargestellt, ein elektrochemisch aktiver Folienstapel
und ein Elektrolyt angeordnet.
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1 zeigt
eine Explosionsdarstellung der Batterie 2 mit Rundzellen
als Einzelzellen 1.1 bis 1.n und 2 eine
perspektivische Darstellung einer solchen Batterie 2. Die
Batterie 2 umfasst einen Zellverbund 4 aus einer
Mehrzahl mittels Zellverbindern 5 elektrisch seriell miteinander
verbundener Einzelzellen 1.1 bis 1.n. Die Zellverbinder 5 sind
auf Zellpole 6 unterschiedlicher Polarität von
benachbarten Einzelzellen 1.1 bis 1.n aufgesetzt.
Auf dem Zellverbund 4 ist zu einer Kühlung der
Einzelzellen 1.1 bis 1.n polseitig eine von einem
Kühlmedium durchströmbare Kühleinrichtung 7 angeordnet,
welche im hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Kühlplatte
ausgebildet ist.
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Zwischen
den Einzelzellen 1.1 bis 1.n und der Kühleinrichtung 7 ist
in der hier dargestellten Ausführungsform ein Wärme
leitender und elektrisch isolierender Formkörper 8 angeordnet,
welcher die Einzelzellen 1.1 bis 1.n thermisch
an die Kühleinrichtung 7 koppelt und sie elektrisch
von der Kühleinrichtung 7 isoliert. Der Formkörper 8 umfasst
Ausformungen 9, deren Außenkonturen mit Konturen
von Aussparungen 10 in der Kühleinrichtung 7 zur
Durchführung der Zellpole 6 korrespondieren und
deren Innenkonturen mit den Zellpolen 6 der Einzelzellen 1.1 bis 1.n korrespondieren,
so dass die Zellpole 6 der Einzelzellen 1.1 bis 1.n gegenüber
der Kühleinrichtung 7 elektrisch isoliert durch
diese hindurchführbar sind. Durch Aufsetzen der Zellverbinder 5 auf
die durch die Kühleinrichtung 7 hindurch geführten
Zellpole 6 sind die Einzelzellen 1.1 bis 1.n elektrisch
seriell miteinander verbunden und beispielsweise auch an der Kühleinrichtung 7 befestigt.
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Gehäusewände 11 der
Einzelzellen 1.1 bis 1.n sind zumindest partiell
aufgedickt, um einen Transport von Verlustwärme der Einzelzellen 1.1 bis 1.n zur
Kühleinrichtung 7 zu optimieren. Die Verlustwärme
der Einzelzellen1.1 bis 1.n, welche bei Auflade-
und Entladevorgängen entsteht, ist über die Gehäusewände 11 und über
Zelldeckel 12 der Einzelzellen 1.1 bis 1.n auf
die Kühleinrichtung 7 übertragbar und
mittels des Kühlmediums aus der Batterie 2 abtransportierbar,
wodurch eine effektive Kühlung der Einzelzellen 1.1 bis 1.n erreicht
ist. Polseitig sind auf den Einzelzellen 1.1 bis 1.n ein
Batteriemanagementsystem 13 und eine mit den Einzelzellen 1.1 bis 1.n elektrisch
seriell verbundene Schmelzsicherung 14 angeordnet, welche
in 3 näher dargestellt sind.
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3 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Batterie 2. Die Einzelzellen 1.1 bis 1.n sind
in dieser Ausführungsform als Flachzellen ausgebildet.
Die hier dargestellte Batterie 2 umfasst Einzelzellen 1.1 bis 1.n,
welche parallel hintereinander auf der als Kühlplatte ausgebildeten
Kühleinrichtung 7 angeordnet und aneinandergepresst
sind, wobei zwischen den Einzelzellen 1.1 bis 1.n und
der Kühleinrichtung 7 eine hier nicht dargestellte
elektrisch isolierende Wärmeleitfolie angeordnet ist. Da
Seitenteile der Einzelzellen 1.1 bis 1.n die Zellpole 6 darstellen,
sind die Einzelzellen 1.1 bis 1.n durch dieses
Aneinanderpressen elektrisch seriell miteinander verbunden.
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Seitlich
am Zellverbund 4 sind Polplatten 15 angeordnet.
An einer Oberseite des Zellverbundes 4 ist das Batteriemanagementsystem 13 angeordnet, welches
eine Zellspannungsüberwachung und eine Einrichtung zum
Ladungsausgleich der Einzelzellen 1.1 bis 1.n umfasst.
An einer Oberseite des Batteriemanagementsystems 13 ist
die mit den Einzelzellen 1.1 bis 1.n elektrisch
seriell verbundene Schmelzsicherung 14 angeordnet. Die
Einzelzellen 1.1 bis 1.n, die Polplatten 15,
die Kühleinrichtung 7 und das Batteriemanagementsystem 13 sind
mittels Spannbändern 16 miteinander verpresst,
so dass sowohl eine gute elektrische Kontaktierung der Einzelzellen 1.1 bis 1.n mit
den Polplatten 15 und dem Batteriemanagementsystem 13 als
auch eine gute thermische Ankoppelung der Einzelzellen 1.1 bis 1.n an
die Kühleinrichtung 7 erreicht ist.
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Die
in 3 dargestellte Batterie 2 ist über die
Polplatten 15, die mit Zellpolen 6 verschiedener Polarität
einer ersten Einzelzelle 1.1 und einer letzten Einzelzelle 1.n des
elektrisch seriell miteinander verbundenen Zellverbundes 4 kontaktiert
sind, mit einer Lade-/Entladeeinheit 17 einer Formierungsvorrichtung 3 elektrisch
verbunden. Die Kühleinrichtung 7 ist über
einen Kühlmittelanschluss 18 und einen Kühlkreislauf 19 mit
einem Kühlsystem 20 der Formierungsvorrichtung 3 verbunden
und von einem Kühlmedium durchströmt, da bei Lade-
und Entladevorgängen der Einzelzellen 1.1 bis 1.n Verlustwärme entsteht,
welche abzuführen ist, um eine Überhitzung und
Schädigung der Einzelzellen 1.1 bis 1.n zu
vermeiden.
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Auch
die in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsform
der Batterie 2 ist über Zellpole 6 verschiedener
Polarität der ersten Einzelzelle 1.1 und der letzten
Einzelzelle 1.n des elektrisch seriell miteinander verbundenen
Zellverbundes 4 mit der hier nicht dargestellten Lade-/Entladeeinheit 17 elektrisch
verbindbar. Auch die Kühleinrichtung 7 der hier dargestellten
Batterie 2 ist über den Kühlmittelanschluss 18 und
den hier nicht dargestellten Kühlkreislauf 19 mit
dem hier nicht dargestellten Kühlsystem 20 der
nicht dargestellten Formierungsvorrichtung 3 verbindbar
und von Kühlmedium durchströmbar.
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Da
das Verfahren zum Formieren von Einzelzellen 1.1 bis 1.n der
Batterie 2 und die Formierungsvorrichtung 3 zur
Durchführung des Verfahrens in analoger Weise bei beiden
in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen
der Batterie 2 und auch bei weiteren hier nicht dargestellten
Ausführungsformen anwendbar ist, werden das Verfahren zum
Formieren von Einzelzellen 1.1 bis 1.n der Batterie 2 und
die Formierungsvorrichtung 3 zur Durchführung
des Verfahrens im Folgenden anhand der Darstellung in 3 näher
erläutert.
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Die
dargestellte Formierungsvorrichtung 3 zur Durchführung
des Verfahrens umfasst die mit dem Zellverbund 4 elektrisch
verbundene Lade-/Entladeeinheit 17 und das mit der Kühleinrichtung 7 verbundene
Kühlsystem 20. Durch eine Nutzung bereits an der
Batterie 2 vorhandener Einrichtungen wie die Kühleinrichtung 7 und
das Batteriemanagementsystem 13 und die gleichzeitige Formierung
aller Einzelzellen 1.1 bis 1.n im Zellverbund 4 ist
ein Zeit- und Kostenaufwand erheblich reduzierbar. Eine einzelne Formierung
jeder Einzelzelle 1.1 bis 1.n, wie im Stand der
Technik, entfällt somit.
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In
einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform
ist das Batteriemanagementsystem 13 zumindest teilweise
in der Formierungsvorrichtung 3 integriert, so dass mit
dieser Formierungsvorrichtung 3 auch Einzelzellen 1.1 bis 1.n der
Batterie 2 gemeinsam im Zellverbund 4 formierbar
sind, bei welchen die Batterie 2 nicht über ein
Batteriemanagementsystem 13 oder nur über ein
vereinfachtes Batteriemanagementsystem 13 verfügt,
beispielsweise nur über Sensoren zur Ladezustandsüberwachung
oder Zellspannungsüberwachung der Einzelzellen 1.1 bis 1.n,
welche dann mit der Formierungsvorrichtung 3 verbunden
sein müssen.
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Das
Verfahren zum Formieren der Einzelzellen 1.1 bis 1.n der
Batterie 2, welche insbesondere Lithium-Ionen-Einzelzellen
sind, umfasst zumindest einen vorgegebenen Ladevorgang und einen
vorgegebenen Entladevorgang zu einer Aktivierung elektrochemischer
Prozesse in den Einzelzellen 1.1 bis 1.n. Der
elektrochemisch aktive Folienstapel der Einzelzelle 1.1 bis 1.n muss
durch vorgegebene Ladevorgänge und Entladevorgänge
aktiviert werden, damit die Einzelzelle 1.1 bis 1.n eine
maximale Leistung erbringen kann und eine maximale Aufladung der Einzelzelle 1.1 bis 1.n ermöglicht
wird. Dazu werden die Einzelzellen 1.1 bis 1.n beispielsweise
einmal kontrolliert geladen, danach wieder kontrolliert entladen
und, um eingesetzt und sofort genutzt werden zu können,
wieder zumindest teilweise geladen. Das Verfahren ermöglicht
eine gemeinsame gleichzeitige Formierung aller Einzelzellen 1.1 bis 1.n im
Zellverbund 4, wodurch erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen
realisierbar sind.
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Die
Ladevorgänge und Entladevorgänge werden mittels
des Batteriemanagementsystems 13, welches die Zellspannungsüberwachung
und die Einrichtung zum Ladungsausgleich der Einzelzellen 1.1 bis 1.n umfasst, überwacht
und geregelt. Dadurch sind die Einzelzellen 1.1 bis 1.n optimal
formierbar, da ein gleichmäßiges Laden und Entladen der
Einzelzellen 1.1 bis 1.n ermöglicht wird,
so dass nach dem Formieren eine maximale Leistungsfähigkeit
und Lebensdauer der Einzelzellen 1.1 bis 1.n sichergestellt
ist. Insbesondere wird durch das Batteriemanagementsystem 13 eine
Schädigung der Einzelzellen 1.1 bis 1.n,
beispielsweise aufgrund einer Überladung oder zu starken
Entladung verhindert.
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Bei
einer zu ungleichmäßigen Ladung oder Entladung
der Einzelzellen 1.1 bis 1.n werden der Ladevorgang
bzw. der Entladevorgang unterbrochen und mittels der Einrichtung
zum Ladungsausgleich ein Ausgleich eines Ladezustands der Einzelzellen 1.1 bis 1.n durchgeführt.
Beispielsweise bei einer zu ungleichmäßigen Ladung
der Einzelzellen 1.1 bis 1.n, welche mittels der
Zellspannungsüberwachung feststellbar ist, ist die Gefahr
sehr groß, dass einige Einzelzellen 1.1 bis 1.n bei
einem fortgesetzten Ladevorgang überladen und dadurch beschädigt
werden. Daher wird, wenn eine solche ungleichmäßige Ladung
oder auch ungleichmäßige Entladung festgestellt
wird, der Ladevorgang bzw. der Entladevorgang zunächst
unterbrochen und ein Ausgleich des Ladezustands der Einzelzellen 1.1 bis 1.n durchgeführt, beispielsweise
solange, bis alle Einzelzellen 1.1 bis 1.n ein
weitgehend gleiches Ladungsniveau erreicht haben. Danach wird der
Ladevorgang bzw. der Entladevorgang fortgesetzt.
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Durch
die mit den Einzelzellen 1.1 bis 1.n seriell verschaltete
Schmelzsicherung 14 wird beispielsweise bei einem Kurzschluss
in einer der Einzelzellen 1.1 bis 1.n der Ladevorgang
bzw. der Entladevorgang unterbrochen.
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Das
Verfahren und die Formierungsvorrichtung 3 sind beispielsweise
auch in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb oder
in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug einsetzbar, in welchem die dargestellten
Batterien 2 eingesetzt werden. Die Batterien 2 sind
im Fahrzeug an einem Kühlsystem 20 des Fahrzeugs
und an einer im Fahrzeug integrierten Lade-/Entladeeinheit 17 angeschlossen.
Bei einem Hybridfahrzeug wird das Verfahren beispielsweise nach
Fertigstellung des Fahrzeugs oder nach einem Austausch der Batterien 2 durchgeführt,
wenn ein Verbrennungsmotor des Fahrzeugs im Einsatz ist. Bis zu
einem Abschluss des Verfahrens wird das Fahrzeug beispielsweise ausschließlich
mit dem Verbrennungsmotor betrieben oder beispielsweise ein Elektromotor
nur eingesetzt zum Entladen der Einzelzellen 1.1 bis 1.n während
des Verfahrens. Eine vollständige Einsatzfähigkeit
des Hybridantriebs steht somit erst nach Abschluss des Verfahrens
zu Verfügung. Da dieses Verfahren jedoch beispielsweise
nach nur ca. 48 Betriebsstunden abgeschlossen ist und während
dieser Zeit ein Einsatz des Fahrzeugs mittels des Verbrennungsmotors
sichergestellt ist, ist diese vorübergehende Einschränkung
der Einsatzfähigkeit vernachlässigbar. Für
eine Herstellung der Batterien 2 bedeutet dies jedoch eine
erhebliche Reduzierung von Zeitaufwand, Fertigungsaufwand und damit
verbundenen Kosten.
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Bezugszeichenliste
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- 1.1
bis 1.n
- Einzelzellen
- 2
- Batterie
- 3
- Formierungsvorrichtung
- 4
- Zellverbund
- 5
- Zellverbinder
- 6
- Zellpole
- 7
- Kühleinrichtung
- 8
- Formkörper
- 9
- Ausformungen
- 10
- Aussparungen
- 11
- Gehäusewände
- 12
- Zelldeckel
- 13
- Batteriemanagementsystem
- 14
- Schmelzsicherung
- 15
- Polplatten
- 16
- Spannbänder
- 17
- Lade-/Entladeeinheit
- 18
- Kühlmittelanschluss
- 19
- Kühlkreislauf
- 20
- Kühlsystem
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0964470
A1 [0002]
- - EP 1109237 B1 [0003]
- - EP 1116286 B1 [0005]
- - EP 1746679 A1 [0006]
