DE102009035466A1 - Method for forming e.g. lithium-ion single cells, in battery that is utilized in e.g. hybrid drive vehicle, involves electrically serially and/or parallelly connecting single cells in cell assembly, and cooling cells by cooling device - Google Patents
Method for forming e.g. lithium-ion single cells, in battery that is utilized in e.g. hybrid drive vehicle, involves electrically serially and/or parallelly connecting single cells in cell assembly, and cooling cells by cooling device Download PDFInfo
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Abstract
Description
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.The
The invention relates to a method of forming single cells
a battery according to the features of the preamble of the claim
1 and a forming device according to the features of the preamble
of
Aus
dem Stand der Technik ist, wie in der
In
der
Die Haltetafel weist eine Mehrzahl von Löchern darin zum Führen einer Fluidströmung auf, um innerhalb jeder Zelle eine gleichmäßige Temperaturverteilung aufrechtzuerhalten.The Retaining board has a plurality of holes therein for guiding a fluid flow to a within each cell maintain uniform temperature distribution.
Aus
der
In
der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Formieren von Einzelzellen einer Batterie und eine Formierungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.Of the Invention is based on the object, an improved method for forming single cells of a battery and a forming device to specify the procedure.
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.The
The object is achieved by a method
for forming single cells of a battery having the features
of claim 1. With regard to the forming device
the object is achieved by the features specified in
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.preferred Embodiments and developments of the invention are in the dependent Claims specified.
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.One Method for forming single cells of a battery, in particular Lithium-ion single cells, comprises at least one predetermined charging process and a predetermined discharge to activate electrochemical Processes in the individual cells.
Erfindungsgemäß werden Einzelzellen, welche in einem Zellverbund elektrisch seriell und/oder parallel verbunden sind, gemeinsam formiert.According to the invention Single cells, which in a cell network electrically serial and / or parallel connected, formed together.
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.By the solution according to the invention is in comparison to the prior art, a significant time and cost reduction achievable because the individual cells no longer individually formed and thus individually electrically connected to a charging device and for discharge have to be cooled individually by heat loss.
Zweckmäßigerweise wird der Zellverbund mit einer Lade-/Entladeeinheit elektrisch verbunden. Dadurch sind die Einzelzellen des Zellverbundes gemeinsam formierbar.Conveniently, the cell assembly is electrically connected to a charging / discharging unit. Thereby the individual cells of the cell network can be formed together.
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.Preferably the individual cells are cooled, more preferably by means of at least one arranged on the cell assembly cooling device. In a preferred embodiment, the cooling device is over a cooling circuit connected to a cooling system and flows through a cooling medium. At loading and discharging the single cells creates lost heat, which must be dissipated to overheat and to avoid damage to the individual cells. Because batteries, which comprise at least one cell combination of such individual cells, also during use, for example in a vehicle To be cooled is already one of these Cooling arranged, for example, a cooling plate, which when used in the vehicle, for example, to a cooling system connected in the vehicle and flows through a cooling medium becomes. This cooling device is also for the process usable by having a cooling circuit with a cooling system is connected and thereby of a cooling medium is flowed through. This way is during the process ensures optimal cooling of the individual cells, since the while charging and discharging generated heat loss effectively removed from the individual cells becomes. This causes overheating and damage the individual cells preventable.
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.Of the Charging and / or the unloading process are in an advantageous Way monitored by means of a battery management system and / or regulated. Preferably, by means of the battery management system and / or a device for charge compensation, a cell voltage monitoring and / or a balance of a state of charge of the individual cells is executed. In this way, the individual cells are optimally formable, as a even charging and discharging of single cells is possible. This is a maximum after forming Performance and lifetime of single cells ensured. In particular, damage is caused by the battery management system the single cells, for example, due to an overload or preventable to heavy discharge. Because batteries, which at least Include a cell assembly of single cells, even during an insert, for example in a vehicle, in particular in A hybrid vehicle is charged and discharged, a cell voltage monitoring and a charge balance device required to load and unloading operations and damage the single cells, for example, by overcharging or too to avoid heavy discharge. Is for this purpose a battery management system on the battery is arranged, so this is also in the process of forming the single cells usable.
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.Conveniently, the charging process and / or the unloading process at one uneven charge and / or discharge of the Single cells interrupted and by means of the charge balance device a compensation of the state of charge of the individual cells is performed. For example, if the charge is too uneven the single cells, which by means of cell voltage monitoring is ascertainable, the danger is very large that some Overloaded single cells during a continuous charging process and thereby be damaged. Therefore, if such uneven charge or even uneven Discharge is detected, the charging or discharging initially interrupted and a balance of the state of charge the individual cells performed, for example, as long as until all individual cells reach a largely identical charge level to have. Thereafter, the charging or unloading process is continued.
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.In An advantageous embodiment is at a short circuit in at least one individual cell, the charging process and / or the discharging process interrupted, preferably by triggering a fuse, which is, for example, connected in series with the individual cells. As a result, consequential damage to the other single cells and resulting high costs preventable. If, for example in batteries, which at least one cell composite of single cells include and for use, for example in a vehicle, in particular are provided in a hybrid vehicle, already such a fuse is present, this is usable during the process.
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.A forming device for carrying out the method according to the invention comprises a loading / unloading unit. In a particularly advantageous embodiment, the forming device comprises a cooling system and / or a battery management system. Batteries, which comprise at least one cell combination of individual cells, a cooling device and, for example, a battery management system and are intended for use in a vehicle, in particular in a hybrid vehicle, can be connected to this shaping device and formed by means of the forming device and the method bar. As a result, a time and cost can be significantly reduced, since existing facilities of the battery can be used by connecting to the forming device and a plurality in a cell combination electrically connected in series and / or parallel individual cells can be formed simultaneously. A single formation of each individual cell, as in the prior art, thus eliminates.
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.The Method and the forming device are particularly preferred in a vehicle, in particular in a vehicle with hybrid drive or can be used in a fuel cell vehicle. The one in such Vehicle used batteries, which at least one cell composite of single cells are attached to a cooling system of the vehicle and connected to a charging / discharging unit. In a hybrid vehicle For example, the procedure will be after completion of the vehicle or after replacing the batteries when done an internal combustion engine of the vehicle is in use. Up to one Completion of the procedure, for example, the vehicle exclusively operated with the internal combustion engine or for example an electric motor only used to unload the single cells during the process. A full operational capability of the hybrid drive is therefore only available after the conclusion of the procedure. However, this procedure is completed, for example, after only about 48 hours of operation is and during this time a use of the vehicle by means of of the internal combustion engine is ensured, this is temporary Restriction of usability negligible. For However, a production of the batteries, this means a considerable Reduction of time, production and related costs Costs.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to drawings.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.
Ein
Verfahren zum Formieren von Einzelzellen
Zwischen
den Einzelzellen
Gehäusewände
Seitlich
am Zellverbund
Die
in
Auch
die in den
Da
das Verfahren zum Formieren von Einzelzellen
Die
dargestellte Formierungsvorrichtung
In
einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform
ist das Batteriemanagementsystem
Das
Verfahren zum Formieren der Einzelzellen
Die
Ladevorgänge und Entladevorgänge werden mittels
des Batteriemanagementsystems
Bei
einer zu ungleichmäßigen Ladung oder Entladung
der Einzelzellen
Durch
die mit den Einzelzellen
Das
Verfahren und die Formierungsvorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1.1 bis 1.n1.1 to 1.n
- EinzelzellenSingle cells
- 22
- Batteriebattery
- 33
- Formierungsvorrichtungforming device
- 44
- Zellverbundcell assembly
- 55
- Zellverbindercell connectors
- 66
- Zellpolecell poles
- 77
- Kühleinrichtungcooling device
- 88th
- Formkörpermoldings
- 99
- Ausformungenformations
- 1010
- Aussparungenrecesses
- 1111
- Gehäusewändehousing walls
- 1212
- Zelldeckelcell cover
- 1313
- BatteriemanagementsystemBattery Management System
- 1414
- Schmelzsicherungfuse
- 1515
- Polplattenpole plates
- 1616
- Spannbänderstraps
- 1717
- Lade-/EntladeeinheitCharging / discharging unit
- 1818
- KühlmittelanschlussCoolant connection
- 1919
- KühlkreislaufCooling circuit
- 2020
- Kühlsystemcooling system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - EP 1746679 A1 [0006] - EP 1746679 A1 [0006]
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DE102009035466A1 true DE102009035466A1 (en) | 2011-02-03 |
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