DE102013215003A1

DE102013215003A1 - Batterieprüfsystem

Info

Publication number: DE102013215003A1
Application number: DE102013215003.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Reitzle; Robert Thomas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterieprüfsystem (10) zum Prüfen eines Batterieprüflings (20), insbesondere eines Lithium-Ionen-Batterieprüflings, umfassend eine Prüfkammer (11) zur Aufnahme des Batterieprüflings (20), eine Inertgaszufuhreinrichtung (12) zum Fluten der Prüfkammer (11) mit einem Inertgas (12a), eine Gasabführeinrichtung (13) zum Abführen von Gas (13a) aus der Prüfkammer (11) und eine Gasreinigungseinrichtung (14) zum Reinigen von aus der Prüfkammer (11) abgeführtem Gas (13a). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen derartiger Batterieprüflinge (20) und die Verwendung von Schwefelhexafluorid hierfür.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterieprüfsystem zum Prüfen eines Batterieprüflings, insbesondere eines Lithium-Ionen-Batterieprüflings, sowie ein entsprechendes Verfahren und eine entsprechende Verwendung.
Stand der Technik
An Batteriezellen, insbesondere an Lithium-Ionen-Zellen, werden zur Transportzulassung und zum Einsatz in Kraftfahrzeugen oder Mobiltelefonen diverse Tests durchgeführt. Dazu gehören Missbrauchstest, sogenannte Abuse-Tests, mit welchen das Verhalten der Batterie beziehungsweise das Verhalten der in der Batterie enthaltenen Zellen, unter Extremsituationen beurteilt werden kann. Dazu gehören insbesondere missbräuchliche Betriebsbedingungen, die beispielsweise durch Zellenkurzschluss, Überladung, Tiefentladung, insbesondere bei kalten Temperaturen, thermischem Missbrauch, mechanischer Verformung unter Fremdeinwirkung (Nail-Penetration-Crashtest), entstehen können.
In Extremsituationen können Lithium-Ionen-Zellen entgasen und sich gegebenenfalls sogar entzünden.
Die Druckschrift DE 20 2009 010 570 U1 beschreibt ein Sicherheitssystem mit einer Prüfkammer zur Aufnahme von Prüflingen und widmet sich der Problematik der Feuerbekämpfung innerhalb der Prüfkammer.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Batterieprüfsystem zum Prüfen eines Batterieprüflings, insbesondere eines Lithium-Ionen-Batterieprüflings, umfassend

– eine Prüfkammer zur Aufnahme des Batterieprüflings,
– eine Inertgaszufuhreinrichtung zum Fluten der Prüfkammer mit einem Inertgas, und
– eine Gasabführeinrichtung zum Abführen von Gas aus der Prüfkammer, wobei die Gasabführeinrichtung eine Gasaufbereitungseinrichtung zum Aufbereiten von aus der Prüfkammer abgeführtem Gas in aufbereitetes Gas aufweist.

Unter einem Inertgas kann insbesondere ein Gas verstanden, welches sehr reaktionsträge (inert) ist, und sich beispielsweise an nur wenigen chemischen Reaktionen beteiligt. Ein Inertgas kann zum Beispiel Stickstoff (N₂) und/oder Edelgas, insbesondere Argon (Ar) und/oder Helium (He) und/oder Neon (Ne), und/oder Schwefelhexafluorid (SF₆) oder eine Mischung davon, zum Beispiel von Stickstoff (N₂) und Argon (Ar), umfassen oder sein. Insbesondere kann das Inertgas ein getrocknetes Inertgas, beispielsweise getrockneter Stickstoff (N₂), sein. Vorteilhafterweise können Inertgase elektrisch nichtleitend und umweltfreundlich sein. Zudem können Inertgase vorteilhafterweise eine hohe Löschwirkung aufweisen. Stickstoff und Edelgase sind zudem vorteilhafterweise als Naturgase erhältlich.
Eine Aufbereitung kann beispielsweise auf einer Filterung beziehungsweise Reinigung des abgeführten Gases und/oder gegebenenfalls auch auf einer Mischung des abgeführten Gases mit zusätzlichem Gas beruhen. Insbesondere kann eine Aufbereitung dahingehend stattfinden, dass das abgeführte Gas in einer schädlichen Wirkung, beispielsweise im Hinblick auf das Bedienpersonal, die Umwelt und/oder den Batterieprüfling, herabgesetzt oder kompensiert wird. Zum Beispiel können dabei Schadgase aus dem abgeführten Gas entfernt werden. Oder der Anteil von Schadgasen in dem abgeführten Gas kann bis unterhalb eines kritischen Konzentrationsgrenzwertes verdünnt werden. Auf diese Weisen können sowohl ungewollte als auch gewollte Gasentweichungen frei von Schadgasen oder zumindest unterhalb eines kritischen Schadgasanteils gehalten werden.
Somit ist das erfindungsgemäße Batterieprüfsystem beispielsweise in der Lage Bedienpersonen entweder bei einem geplanten Gasaustritt aus der Gasabführeinrichtung oder alternativ bei einer ungewollten Entweichung von Gas aus dem Batterieprüfsystem zu schützen. Ähnlich verhält es sich mit der Umwelt, die in gleicher Weise vor Schädigungen durch Gasaustritt, ob gewollt oder ungewollt, geschützt werden kann.
Unter einem Batterieprüfling kann insbesondere ein Prüfling verstanden werden, welcher mindestens eine elektrochemische Zelle umfasst. Bei dem Batterieprüfling kann es sich somit sowohl um eine Einzelzelle als auch um eine Batterie oder ein Pack oder ein Modul aus zwei oder mehreren Einzelzellen handeln.
Die Gasaufbereitungseinrichtung kann beispielsweise eine Gasreinigungseinrichtung, insbesondere zum Entfernen beziehungsweise Binden mindestens eines Schadgases, sein. Insbesondere kann die Gasaufbereitungseinrichtung beziehungsweise Gasreinigungseinrichtung mindestens einen Filter oder Absorber aufweisen, welcher zum Entfernen mindestens eines Schadgases ausgelegt ist. Insbesondere kann der mindestens eine Filter oder Absorber austauschbar ausgestaltet sein. So kann der mindestens eine Filter oder Absorber nach Gebrauch vorteilhafterweise auf einfache Weise entsorgt werden.
Unter einem Schadgas kann insbesondere ein Gas verstanden werden, welches ein für die Umwelt, beispielsweise für Menschen, Tiere, Pflanzen, Atmosphäre, Wasser und/oder Batterieprüflinge schädliches Gas ist. Gase können insbesondere auch dann als Schadgase gelten, wenn deren schädliche Wirkung erst ab einer bestimmten Konzentration erreicht wird.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist die Gasaufbereitungseinrichtung eine Gasreinigungseinrichtung zum Reinigen von aus der Prüfkammer abgeführtem Gas. Das aufbereitete Gas kann somit insbesondere gereinigtes Gas sein. Dabei kann die Wiederaufbereitung insbesondere in einer Reinigung bestehen.
Die Aufbereitung kann die Reinigung auch optional umfassen. Beispielsweise kann die Aufbereitung in der Mischung des abgeführten Gases mit frischem Inertgas bestehen, sodass die Grenzwerte unterschritten werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das aufbereitete oder gereinigte Gas durch eine Rezyklierungseinrichtung der Prüfkammer zuführbar. Damit sind Inertgase, wie zum Beispiel Edelgase oder dergleichen, auf vorteilhafte Weise nach deren Verwendung in der Prüfkammer für weitere Verwendungsschritte beziehungsweise weitere Belastungstests verwendbar, wobei das aufbereitete Gas durch eine Rezyklierungseinrichtung wieder der Prüfkammer zuführbar ist. Die Rezyklierungseinrichtung kann gasleitende Elemente beinhalten, wie zum Beispiel Rohre, Schläuche oder dergleichen, die das in aufbereitetes Gas beziehungsweise gereinigtes Gas umgewandelte abgeführte Gas leiten können. Aufgrund des durch die Wiederverwendung geringeren Gasaufwandes entstehen Kostenvorteile für den Betreiber, aber auch der Vorteil der Geringbelastung der Umwelt.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist aufbereitetes Gas beziehungsweise gereinigtes Gas von der Gasaufbereitungseinrichtung zumindest temporär nach außen abführbar oder entsorgbar. Das aufbereitete Gas beziehungsweise gereinigte Gas muss nicht zwingend in der Prüfkammer wiederverwendet werden, sondern kann in einem anderen Zusammenhang weiterverwendbar oder entsorgbar sein. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die Gasaufbereitung nicht derart vollständig erfolgen kann, dass eine Wiederverwendung des Inertgases in der Prüfkammer möglich wäre. Eine andere Option wäre es aufbereitetes Gas beziehungsweise gereinigtes Gas in einem Zwischenspeicher aufzubewahren, um es erst später der weiteren Verwendung oder Wiederverwendung in der Prüfkammer zuzuführen.
Zur Prüfkammerflutung kann frisches Inertgas, insbesondere Stickstoff, nachgespeist werden. Das einmal verwendete Inertgas, kann mit einem Schadgas vermischt sein, wenn es die Prüfkammer verlässt, wobei durch die Gasaufbereitungseinrichtung, insbesondere Gasaufreinigungseinrichtung, eine erforderliche Schadgasbindung erreicht werden kann. Die Schadgasbindung ist somit Bestandteil der Gasaufbereitungseinrichtung beziehungsweise Gasreinigungseinrichtung, welche beispielsweise als Gaswaschanlage ausgeführt sein kann. Nach der Schadgasbindung, beispielsweise in einem Filter oder Absorber oder dergleichen, kann das gebundene Schadgas entsorgt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist durch die Inertgaszufuhreinrichtung Schwefelhexafluorid (SF₆) zuführbar. Die Verwendung von Schwefelhexafluorid als Inertgas hat den Vorteil, dass dieses eine erheblich bessere Durchschlagsfestigkeit gegenüber anderen als Inertgase einsetzbaren Gasen, zum Beispiel Edelgasen, hat. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft auf die Dimensionierung der Prüfkammer aus. Das Schwefelhexafluorid kann bei den Batterietests einer Funkenbildung durch den thermischen Ausfall von leitenden Materialien wirksam entgegenwirken. Wird der Batterieprüfling beispielsweise durch einen zu hohen Strom aufgeschmolzen, so schmelzen insbesondere die Isolierungen zwischen den im Batterieprüfling enthaltenen Stromleitern. An den nun offenen Stellen kann es auf geringen Distanzen zu einem hohen, Funkenschlag auslösenden Potenzialunterschied kommen, wobei der Funkenschlag jedoch durch das Schwefelhexafluorid ideal unterbunden werden kann. Auch wenn der Funkenschlag letztlich nicht verhindert werden sollte, so wird doch durch das verwendete Schwefelhexafluorid der Funkenschlag im Test länger herausgezögert, sodass es möglich ist, den Batterieprüfling über eine längere Zeit zu untersuchen, beispielsweise mit einer Kamera aufzunehmen und/oder dessen Messströme zu messen oder aufzuzeichnen.
Im Rahmen einer weiteren, zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform ist Stickstoff (N₂) durch die Inertgaszufuhreinrichtung zuführbar. Molekularer Stickstoff kann entweder durch die Verwendung einer Flaschenbatterie in die Prüfkammer eingespeist oder alternativ vor Ort mit einem N₂-Generator hergestellt werden. Idealerweise kann die Inertgaszufuhreinrichtung einen Stickstoffgenerator umfassen oder sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die Inertgaszufuhreinrichtung, die Gasabführeinrichtung, die Gasaufbereitungseinrichtung und/oder die Rezyklierungseinrichtung eine Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung.
Die Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung kann insbesondere ein Sauerstoff spezifisch bindendes Molekularsieb und/oder ein Kohlenstoffdioxid spezifisch bindendes Molekularsieb umfassen. So kann vorteilhafterweise aus Umgebungsluft ein, beispielsweise kontinuierlicher, Stickstoffstrom erzeugt werden.
Insbesondere kann die Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung gemäß dem geräuscharmen PSA-Druckwechsel-Adsorptionsverfahren (englisch: Pressure Swing Adsorption) arbeiten. Bei dem genannten PSA-Verfahren werden zwei Molekularsiebe (insbesondere Molekularsieb-Betten) aus CMS-Kohlenstoff (englisch: Carbon Molecular Sieve) verwendet, um Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder Kohlendioxid aus dem unter Druck stehenden abgeführten Gas oder dem ebenfalls unter Druck stehenden Inertgas zu entfernen. Dabei werden beide Molekularsiebe abwechselnd von einem Filtermodus in einen Regenerationsmodus geschaltet, um einen kontinuierlichen Strom des Inertgases, insbesondere Stickstoff, zu gewährleisten. Die Verwendung von zwei Molekularsieben ist jedoch nicht zwingend. Es ist genauso denkbar, die Druckwechsel-Adsorptions-Einrichtung mit wenigstens einem oder nur einem Molekularsieb auszustatten, wobei das Molekularsieb ein bestimmtes Gas, beispielsweise Sauerstoff oder Kohlendioxid, filtern beziehungsweise im Molekularsieb binden kann. Derartige Molekularsiebe können beispielsweise durch Erhitzung wieder regeneriert werden.
Insbesondere durch den Einsatz von Molekularsieben oder auch nur einem Molekularsieb, können unerwünschte Gase, insbesondere Schadgase, adsorbiert werden, wodurch ein kontinuierlicher Volumenstrom des Inertgases aufrechterhalten werden kann, wobei das Inertgas gegebenenfalls in einem Pufferbehälter zwischengespeichert wird. Zu den unerwünschten Gasen beziehungsweise Schadgasen können zum Beispiel Kohlendioxid (CO₂), Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂), Dimethylcarbonat (DMC, C₃H₆O₃) und/oder Ethylmethylcarbonat (EMC, C₄H₈O₃) zählen.
Ein besonderer Vorteil stellt sich ein, wenn die Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung ein Sauerstoff spezifisch bindendes Molekularsieb und ein Kohlenstoffdioxid spezifisch bindendes Molekularsieb umfasst, weil für eine Inertgasversorgung mit Stickstoff ein sogenannter Stickstoffgenerator verwendet werden kann, der auf der Basis von Raumluft einen Stickstoffstrom mit dem erforderlichen Druck erzeugt.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung eine Druckluftzufuhr. Insbesondere kann dabei ein, beispielsweise kontinuierlicher, Stickstoffstrom durch Entfernen von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid aus der Luft, insbesondere Druckluft, beispielsweise aus der Umgebungsluft, durch die Molekularsiebe der Druckwechseladsorption-Einrichtung erzeugbar sein. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung eine Druckluftaufbereitung aufweist oder umfasst. Durch die Druckluftaufbereitung kann eine abgestimmte Druckluftaufbereitung gewährleistet und für die erforderliche Reinheit der Druckluft gesorgt werden. Vorteilhafterweise kann die benötigte Druckluft von einem Druckluftnetz entnommen oder über einen Kompressor erzeugt werden. Nicht nur im Hinblick auf die Betriebskosten ist dieses Verfahren vorteilhaft, sondern auch die Stickstoffreinheit liegt bei dem Verfahren bei einem sehr hohen Wert von 99,9999 %, wobei die Gasliefermenge (bis 500 Nm³/h) und der Gasdruck (bis 30 bar oder höher) ideale Werte erreichen können. Ferner ist der Gasdruck als Generatorparameter beliebig einstellbar, womit auch keine Schwankungen bei der Stickstoffreinheit auftreten.
Dennoch kann alternativ eine Inertgaszufuhreinrichtung per Gasflasche oder mit Gasflaschenbatterie ausgeführt sein. Dies ist dann sinnvoll, wenn kein Druckluftnetz vorliegt und auch kein Kompressor betrieben werden kann.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist die Prüfkammer eine Schleuse zum Einbringen des Batterieprüflings in die Prüfkammer auf. Auf diese Weise kann der Inertgasverlust gering gehalten werden. Bei gefluteter Prüfkammer kann ein Batterieprüfling eingebracht und in den Testaufbau integriert werden.
Durch die Schleuse kann der Batterieprüfling in die Prüfkammer einbringbar und wieder entnehmbar sein, insbesondere ohne eine Vermischung der Inertgasatmosphäre innerhalb der Prüfkammer mit der Atmosphäre der äußeren Umgebung. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise sowohl der Verbrauch des Inertgases gering gehalten als auch die mittlere Testzeit eines Durchgangs reduziert werden.
Die Schleuse kann beispielsweise einen Schleuseninnenraum aufweisen, welcher über eine innere Schleusentür mit dem Innenraum der Prüfkammer und über eine äußere Schleusentür mit der äußeren Umgebung verbindbar ist und wobei der Schleuseninnenraum mit Inertgas flutbar und gegebenenfalls evakuierbar ist. Um den Batterieprüfling von außen in den Innenraum der Prüfkammer einzubringen, kann zum Beispiel die innere Schleusentür in eine geschlossene und die äußere Schleusentür in eine offene Stellung gebracht werden, so dass der Batterieprüfling in dem Schleuseninnenraum angeordnet werden kann. Dann kann die äußere Schleusentür in eine geschlossene Stellung gebracht und der Schleuseninnenraum mit Inertgas geflutet werden. Gegebenenfalls – insbesondere in Abhängigkeit von der Vakuumbeständigkeit des Batterieprüflings – kann der Schleuseninnenraum vor der Inertgasflutung evakuiert werden beziehungsweise eine alternierende Evakuierung und Flutung erfolgen. Anschließend kann die innere Schleusentüre in eine offene Stellung gebracht und der Batterieprüfling in den Innenraum der Prüfkammer überführt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist die Prüfkammer ein Innenvolumen von 2 m³ oder weniger als 2 m³ auf. Dies stellt einen deutlichen Fortschritt im Vergleich zu den bisher verwendeten Prüfkammern dar, die typischerweise bei einem Volumen von acht Kubikmetern (8 m³) liegen. Die somit entstandene Kostenersparnis skaliert sich mit der Einsparung von Inertgas. Außerdem ergeben sich Vorteile beim Aufbau, beziehungsweise der Deplatzierung einer Prüfkammer, die jetzt idealerweise als leicht zu transportierender Schrank ausgeführt werden kann.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind/ist in der Prüfkammer eine Kamera zur Überwachung des Batterieprüflings und/oder mindestens ein Sensor, beispielsweise ein chemischer Sensor mit einer elektrochemischen Sensorik, zur Überwachung des Batterieprüflings installiert. Auf diese Weise ist es möglich, die Batterieprüflinge durch die Kamera, beziehungsweise den oder die Sensoren zu überwachen. Sobald eine Entgasung einer Zelle des Batterieprüflings auftritt, kann die Inertgaszufuhr erhöht und damit eine mögliche Brandentstehung unterdrückt werden. Des Weiteren ist ein chemischer Sensor vorteilhaft, wenn das entwichene Gas identifiziert werden soll.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Prüfkammer eine Stahlkammer. Damit ergeben sich Fertigungsvorteile und ein erleichtertes Handling der Prüfkammer, wobei diese insbesondere auf besonders vorteilhafte Weise gereinigt werden kann.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Batterieprüfsystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Verwendung sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zum Prüfen eines Batterieprüflings, wobei mindestens ein Belastungstest an einem in einer mit einem Inertgas gefluteten Prüfkammer angeordneten Batterieprüfling durchgeführt wird. Insbesondere kann das Verfahren mit einem erfindungsgemäßen Batterieprüfsystem durchgeführt werden.
Die Prüfkammer kann insbesondere bereits vor der Durchführung des Belastungstest mit dem Inertgas geflutet sein. Mit der vorzeitigen Flutung oder Spülung der Prüfkammer mit dem Inertgas ist es möglich, eine Inertgasatmosphäre während des gesamten Belastungstests oder alternativ während den wesentlichen Zeitintervallen des Belastungstests zu gewährleisten.
Ein vorteilhafter Nebeneffekt der Flutung der Prüfkammern mit Inertgas besteht darin, dass unerwünschte Gase, wie zum Beispiel Sauerstoff, und eine nachteilige Reaktionswärme entzogen werden. Aufgrund der fehlenden Entzündungsenergie und/oder Fehlen des Brennstoffes, werden Nachfolgereaktionen, wie zum Beispiel Reaktionen basierend auf Lithium mit Luftfeuchtigkeit, nachhaltig unterdrückt und insbesondere Rückzündungen werden verhindert. Dadurch, dass Prüfkammerbrände nachhaltig unterdrückt werden können, sind nunmehr Nachfolgeanalysen möglich, die zeitnah erfolgen können und keinen Zwischenschritt erfordern, bei dem der Batterieprüfling auf Raumtemperatur heruntergekühlt werden muss.
Im Rahmen einer Ausführungsform wird der Batterieprüfling während des Belastungstests von einer Kamera und/oder mindestens einem Sensor überwacht. Insbesondere kann dabei im Schadensfall des Batterieprüflings, beispielsweise im Fall eines Entgasens mindestens einer Zelle des Batterieprüflings, die Inertgaszufuhr erhöht werden. Eine mögliche Brandentstehung kann hierdurch sicher unterdrückt werden, wobei auch alternative Überwachungssysteme zur Kamera und den Sensoren verwendbar sind. Beispielsweise können die Leistungsmerkmale des Batterieprüflings alternativ oder zusätzlich überwacht werden. Bei einem auffälligen Verhalten kann somit die Inertgaszufuhr, insbesondere die Stickstoffzufuhr, erhöht werden.
Vorteilhafterweise bleibt die Alternative für den Betreiber des Batterieprüfsystems offen, den Batterieprüfling unter Inertgasatmosphäre zu begutachten und/oder diesen aus der Inertgasatmosphäre der Prüfkammer zu entnehmen. Die Entscheidung kann im Einzelfall gefällt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Inertgas Schwefelhexafluorid. Die vorteilhaften Merkmale von Schwefelhexafluorid sind bereits vorstehend diskutiert worden.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batterieprüfsystem, der erfindungsgemäßen Verwendung sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung von Schwefelhexafluorid als Inertgasatmosphäre für einen Batterieprüfling, beispielsweise einen Lithium-Ionen-Batterieprüfling, insbesondere zum Durchführen eines Belastungstests des Batterieprüflings.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile dieser Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhand mit dem erfindungsgemäßen Batterieprüfsystems, dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßem Batterieprüfsystems bei der aufbereitetes Gas nach außen abgeführt wird; und
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßem Batterieprüfsystems mit Rezyklierungseinrichtung.
1 zeigt ein Batterieprüfsystem 10 mit einer Prüfkammer 11, die eine Inertgaszufuhreinrichtung 12 zum Fluten der Prüfkammer 11 mit einem Inertgas 12a und eine Gasabführeinrichtung 13 zum Abführen von Gas 13a aus der Prüfkammer 11 aufweist. Innerhalb der Prüfkammer 11 ist eine Kamera 16 zur Observierung des Batterieprüflings 20 sowie ein chemischer Sensor 17 zur Aufnahme von Sensordaten zur Dokumentation des Verhaltens des Batterieprüflings 20 angeordnet.
Während des Belastungstests des Batterieprüflings 20 ist die Prüfkammer 11 mit einem Inertgas 12a geflutet, welches beispielsweise Schwefelhexafluorid oder Stickstoff oder ein Edelgas oder eine Mischung davon sein kann. Der Batterieprüfling 20 ist an einen Versuchsaufbau angeschlossen, welcher den Betrieb des Batterieprüflings 20 erlaubt, der jedoch der Einfachheit halber in 1 nicht abgebildet ist.
In der Prüfkammer 11 können nun unterschiedliche Tests, wie zum Beispiel Belastungstests oder sogenannte Abuse-Tests vorgenommen werden, die unterschiedliche Beanspruchungen des Batterieprüflings 20 beinhalten. Dies kann eine mechanische Beanspruchung des Batterieprüflings 20 oder ein inkorrekter Betrieb des Batterieprüflings 20 oder dergleichen sein.
Vorteilhafterweise weist die Gasabführeinrichtung 13 eine als Gasreinigungseinrichtung ausgeführte Gasaufbereitungseinrichtung 14 auf, die beispielsweise einen Filter aufweisen kann, welcher Schadgase aus dem aus der Prüfkammer 11 abgeführten Gas 13a herausfiltern kann. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein Molekularsieb oder mehrere Molekularsiebe handeln, die auf bestimmte Schadgase oder andere unerwünschte Gase abgestellt sind, und die beispielsweise eine Porengröße von wenigen Angström, beispielsweise 1, 2 oder 3 Angström, aufweisen. Die Porengröße wird derart an das zu entfernende Schadgas angepasst, dass die physisorbierende Eigenschaft des Molekularsiebes basierend auf der Porengröße und auf dem Material des Molekularsiebes optimal genutzt werden kann.
Im Rahmen der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das durch die als Gasreinigungseinrichtung ausgeführte Gasaufbereitungseinrichtung 14 aufbreitete beziehungsweise gereinigte Gas 14a nach außen abgeführt und auf diese Weise entsorgt.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Batterieprüfsystem 10, welche im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Ausführungsform eine Rezyklierungseinrichtung 15 aufweist. 2 zeigt, dass durch die Rezyklierungseinrichtung 15 Gas 14a, welches durch die Gasabführeinrichtung 13 aus der Prüfkammer 11 abgeführt und durch die Gasaufbereitungseinrichtung 14 aufbereitet wurde, wieder zurück in die Prüfkammer 11 geleitet wird, wo es zum wiederholten Male Verwendung finden kann. Zusätzlich oder alternativ kann das aufbereitete Gas 14a zwischengespeichert werden oder einer anderen Verwendung zuführbar sein.
In den der in 2 gezeigten Ausführungsform weist die Prüfkammer 11 zudem eine Schleuse 18 auf, durch welche der Batterieprüfling 20 in die Prüfkammer 11 einbringbar und wieder entnehmbar ist, ohne dass sich die Inertgasatmosphäre innerhalb der Prüfkammer 11 mit der Atmosphäre der äußeren Umgebung vermischt. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise sowohl der Verbrauch des Inertgases 12a gering gehalten, als auch die mittlere Testzeit eines Durchgangs reduziert werden.
Die Schleuse 18 kann beispielsweise einen Schleuseninnenraum aufweisen, welcher über eine innere Schleusentür mit dem Innenraum der Prüfkammer 11 und über eine äußere Schleusentür mit der äußeren Umgebung verbindbar ist, wobei der Schleuseninnenraum mit Inertgas flutbar und gegebenenfalls evakuierbar ist. Um den Batterieprüfling 20 von Außen in den Innenraum der Prüfkammer 11 einzubringen, kann die innere Schleusentür in eine geschlossene und die äußere Schleusentür in eine offene Stellung gebracht werden, so dass der Batterieprüfling 20 in dem Schleuseninnenraum angeordnet werden kann. Dann kann auch die äußere Schleusentür in eine geschlossene Stellung gebracht und der Schleuseninnenraum mit Inertgas geflutet werden. Gegebenenfalls – insbesondere in Abhängigkeit von der Vakuumbeständigkeit des Batterieprüflings 20 – kann der Schleuseninnenraum vor der Inertgasflutung evakuiert werden beziehungsweise eine alternierende Evakuierung und Flutung erfolgen. Anschließend kann die innere Schleusentüre in eine offene Stellung gebracht und der Batterieprüfling in den Innenraum der Prüfkammer überführt werden.
Der gestrichelte Pfeil in 2 deutet an, dass die Ausführungsformen der beiden Figuren kombinierbar sind, indem eine Gasweiche, beispielsweise ein Ventil, in der Rezyklierungseinrichtung 15 nach der Gasaufbereitungseinrichtung 14 für einen Auslass des aufbereiteten oder gereinigten Inertgases 14a aus dem Batterieprüfsystem 20 sorgt. Der Bediener kann nunmehr entscheiden, ob die Aufbereitung für eine Wiederverwendung ausreichend ist, oder ob das aufbereitete Gas aufbereitet beziehungsweise gereinigt in die Umwelt entlassen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202009010570 U1 [0004]

Claims

Batterieprüfsystem (10) zum Prüfen eines Batterieprüflings (20), insbesondere eines Lithium-Ionen-Batterieprüflings, umfassend – eine Prüfkammer (11) zur Aufnahme des Batterieprüflings (20), – eine Inertgaszufuhreinrichtung (12) zum Fluten der Prüfkammer (11) mit einem Inertgas (12a) und – eine Gasabführeinrichtung (13) zum Abführen von Gas (13a) aus der Prüfkammer (11), wobei die Gasabführeinrichtung (13) eine Gasaufbereitungseinrichtung (14) zum Aufbereiten von aus der Prüfkammer (11) abgeführtem Gas (13a) in aufbereitetes Gas (14a) aufweist.
Batterieprüfsystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Gasaufbereitungseinrichtung (14) eine Gasreinigungseinrichtung (14) zum Reinigen von aus der Prüfkammer (11) abgeführtem Gas (13a) ist und das aufbereitete Gas (14a) gereinigtes Gas ist.
Batterieprüfsystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das aufbereitete oder gereinigte Gas (14a) durch eine Rezyklierungseinrichtung (15) der Prüfkammer (11) zuführbar ist.
Batterieprüfsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei gereinigtes oder aufbereitetes Gas (14a) von der Gasaufbereitungseinrichtung (14) zumindest temporär nach Außen abführbar oder entsorgbar ist.
Batterieprüfsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei durch die Inertgaszufuhreinrichtung (12) Schwefelhexafluorid zuführbar ist.
Batterieprüfsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei durch die Inertgaszufuhreinrichtung (12) Stickstoff zuführbar ist.
Batterieprüfsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Inertgaszufuhreinrichtung (12), die Gasabführeinrichtung (13), die Gasaufbereitungseinrichtung (14) oder die Rezyklierungseinrichtung (15) eine Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung umfasst, wobei die Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung ein Sauerstoff spezifisch bindendes Molekularsieb und ein Kohlenstoffdioxid spezifisch bindendes Molekularsieb umfasst.
Batterieprüfsystem (10) nach Anspruch 7, wobei die Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung eine Druckluftzufuhr umfasst, wobei ein, beispielsweise kontinuierlicher, Stickstoffstrom durch Entfernen von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid aus der Luft durch die Molekularsiebe der die Druckwechsel-Adsorption-Einrichtung erzeugbar ist.
Batterieprüfsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Prüfkammer (11) eine Schleuse (18) zum Einbringen des Batterieprüflings (20) in die Prüfkammer (11) aufweist.
Batterieprüfsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Prüfkammer (11) ein Innenvolumen von 2 m³ oder weniger als 2 m³ aufweist.
Batterieprüfsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in der Prüfkammer (11) eine Kamera (16) zur Überwachung des Batterieprüflings (20) und/oder mindestens ein Sensor (17), insbesondere ein chemischer Sensor, zur Überwachung des Batterieprüflings (20) installiert sind/ist.
Verfahren zum Prüfen eines Batterieprüflings (20), insbesondere mit einem Batterieprüfsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei mindestens ein Belastungstest an einem in einer mit einem Inertgas (12a) gefluteten Prüfkammer (11) angeordneten Batterieprüfling (20) durchgeführt wird, insbesondere wobei die Prüfkammer (11) bereits vor der Durchführung des Belastungstest mit einem Inertgas (12a) geflutet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Batterieprüfling (20) während des Belastungstests von einer Kamera (16) und/oder mindestens einem Sensor (17) überwacht wird, wobei im Schadensfall des Batterieprüflings (20), insbesondere im Fall eines Entgasens mindestens einer Zelle des Batterieprüflings (20), die Inertgaszufuhr erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Inertgas (12a) Schwefelhexafluorid ist.
Verwendung von Schwefelhexafluorid als Inertgasatmosphäre für einen Batterieprüfling (20), beispielsweise einen Lithium-Ionen-Batterieprüfling, insbesondere zum Durchführen eines Belastungstests des Batterieprüflings (20).