Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb zumindest einer elektrischen Einzelzelle mit einer verpressten Elektrodenanordnung.The invention relates to a method for operating at least one individual electrical cell with a compressed electrode arrangement.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein elektrische Batterien und Verfahren zu deren Betrieb bekannt. Eine solche elektrische Batterie umfasst eine Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen. Die Einzelzellen umfassen jeweils einen innerhalb eines Zellgehäuses angeordneten Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel, wobei die Einzelzellen senkrecht zu Flächen von Lagen des Elektrodenstapels oder Elektrodenwickels einzeln oder gegeneinander verpresst sind.The prior art generally discloses electric batteries and methods of operating them. Such an electric battery comprises a plurality of individual cells electrically connected in series and / or in parallel with one another. The individual cells each comprise an electrode stack or electrode winding arranged within a cell housing, wherein the individual cells are pressed perpendicular to surfaces of layers of the electrode stack or electrode winding individually or against each other.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Einzelzelle anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for operating a single electrical cell.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved by a method having the features specified in claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
In dem Verfahren zum Betrieb zumindest einer elektrischen Einzelzelle mit einer verpressten Elektrodenanordnung wird erfindungsgemäß die Verpressung der Elektrodenanordnung während einer Lebensdauer der Einzelzelle zumindest einmalig für eine vorgegebenen Zeitdauer teilweise oder vollständig gelöst und anschließend wiederhergestellt.In the method for operating at least one individual electrical cell with a compressed electrode arrangement, according to the invention, the compression of the electrode arrangement is partially or completely released at least once for a predetermined period of time during a lifetime of the individual cell, and subsequently restored.
Durch das Lösen der Verpressung und die anschließende Wiederherstellung derselben wird eine Verbesserung des Alterungsverhaltens der Einzelzelle erreicht. Insbesondere kommt es nach dem Lösen der Verpressung und der anschließenden Wiederherstellung derselben zu einer Erhöhung einer elektrischen Kapazität der Einzelzelle. Somit weist die Einzelzelle eine erhöhte Lebensdauer auf, wodurch ein Kosten- und Materialaufwand bei einem Betrieb von die Einzelzelle nutzenden Vorrichtungen und Verfahren reduziert wird.By solving the compression and the subsequent restoration of the same an improvement of the aging behavior of the single cell is achieved. In particular, it comes after releasing the compression and the subsequent restoration of the same to an increase in electrical capacity of the single cell. Thus, the single cell has an increased life, thereby reducing cost and material expense in operating single cell devices and methods.
Bei einer Verwendung des Verfahrens für Einzelzellen einer Traktions- und/oder Starterbatterie eines Fahrzeugs ist es möglich, eine Batterie mit geringerer elektrischer Kapazität zu verbauen oder die elektrische Kapazität und Leistungsfähigkeit einer bereits gealterten Batterie erhöht sich bei gleicher Masse.When using the method for single cells of a traction and / or starter battery of a vehicle, it is possible to obstruct a battery with lower electrical capacity or the electrical capacity and performance of an already aged battery increases with the same mass.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
1 schematisch eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Einzelzelle im nicht verpressten Zustand, 1 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of a single cell in the non-compressed state,
2 schematisch eine Schnittdarstellung der Einzelzelle gemäß 1 im verpressten Zustand, 2 schematically a sectional view of the single cell according to 1 in the compressed state,
3 schematisch eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Einzelzelle im nicht verpressten Zustand, 3 1 is a schematic sectional view of a second embodiment of a single cell in the non-compressed state,
4 schematisch eine Schnittdarstellung der Einzelzelle gemäß 3 im verpressten Zustand, 4 schematically a sectional view of the single cell according to 3 in the compressed state,
5 schematisch eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Einzelzelle im nicht verpressten Zustand, 5 FIG. 2 schematically a sectional view of a third exemplary embodiment of a single cell in the non-compressed state, FIG.
6 schematisch eine Schnittdarstellung der Einzelzelle gemäß 5 im verpressten Zustand, 6 schematically a sectional view of the single cell according to 5 in the compressed state,
7 schematisch eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Zellblocks mit mehreren Einzelzellen im verpressten Zustand, 7 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of a cell block with a plurality of individual cells in the compressed state,
8 schematisch einen zeitlichen Verlauf einer elektrischen Kapazität einer Einzelzelle mit einer verpressten Elektrodenanordnung und einer elektrischen Kapazität einer Einzelzelle mit einer nicht verpressten Elektrodenanordnung, 8th FIG. 2 schematically shows a time profile of an electrical capacitance of a single cell with a compressed electrode arrangement and an electrical capacitance of a single cell with a non-compressed electrode arrangement, FIG.
9 schematisch einen zeitlichen Verlauf einer elektrischen Kapazität einer Einzelzelle mit einer verpressten Elektrodenanordnung und einen Verlauf einer Verpressung bei einmaliger Lösung und anschließender Wiederherstellung der Verpressung während einer Lebensdauer der Einzelzelle, 9 schematically a time course of an electrical capacitance of a single cell with a compressed electrode assembly and a course of a compression in a single solution and subsequent restoration of the compression during a lifetime of the single cell,
10 schematisch eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Einzelzelle im verpressten Zustand, 10 1 is a schematic sectional view of a fourth embodiment of a single cell in the compressed state,
11 schematisch eine Schnittdarstellung einer Anordnung zur Beeinflussung einer Verpressung einer Elektrodenanordnung einer Einzelzelle gemäß 4, 11 schematically a sectional view of an arrangement for influencing a pressing of an electrode assembly of a single cell according to 4 .
12 schematisch eine Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer Einzelzelle im verpressten Zustand, 12 1 is a schematic sectional view of a fifth embodiment of a single cell in the compressed state,
13 schematisch eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Zellblocks mit mehreren Einzelzellen, 13 1 is a schematic sectional view of a second embodiment of a cell block with a plurality of individual cells;
14 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt des Zellblocks gemäß 13, 14 schematically an enlarged section of the cell block according to 13 .
15 schematisch eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Zellblocks mit mehreren Einzelzellen, 15 1 is a schematic sectional view of a third embodiment of a cell block with a plurality of individual cells;
16 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt des Zellblocks gemäß 15, 16 schematically an enlarged section of the cell block according to 15 .
17 schematisch eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Zellblocks mit mehreren Einzelzellen, und 17 schematically a sectional view of a fourth embodiment of a cell block with a plurality of single cells, and
18 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt des Zellblocks gemäß 17. 18 schematically an enlarged section of the cell block according to 17 ,
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
In 1 ist eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Einzelzelle 1 im nicht verpressten Zustand dargestellt.In 1 is a sectional view of a first embodiment of a single cell 1 shown in the non-compressed state.
Hochvolt-Batterien für Fahrzeuganwendungen, wie beispielsweise Hybrid-, Plugin- oder Elektrofahrzeuge, oder für Stationäranwendungen, wie beispielsweise Stromversorger oder Stromspeicher, bestehen aus einer Mehrzahl elektrisch in Reihe und/oder parallel geschalteten elektrochemischen Einzelzellen 1.High-voltage batteries for vehicle applications, such as hybrid, plug-in or electric vehicles, or for stationary applications, such as electricity suppliers or electricity storage, consist of a plurality of electrochemical single cells electrically connected in series and / or in parallel 1 ,
Die Einzelzellen 1 umfassen jeweils ein Zellgehäuse 2, welches einen elektrochemisch aktiven Inhalt umschließt und vor der Umgebung abschirmt. Ein elektrochemisch aktiver Teil der Einzelzelle 1 ist eine Elektrodenanordnung 3, welche als Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel ausgebildet ist. Der Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel ist durch mehrere Lagen aus Kathoden- und Anodenfolien, insbesondere beschichtete Aluminium- und Kupferfolien mit einer Dicke von 10 μm bis 20 μm bei einer Lithium-Ionen-Zellchemie, gebildet, die jeweils durch eine Separatorlage getrennt sind.The single cells 1 each comprise a cell housing 2 , which encloses an electrochemically active content and shields from the environment. An electrochemically active part of the single cell 1 is an electrode assembly 3 which is designed as an electrode stack or electrode winding. The electrode stack or electrode winding is formed by a plurality of layers of cathode and anode foils, in particular coated aluminum and copper foils with a thickness of 10 .mu.m to 20 .mu.m in a lithium-ion cell chemistry, which are each separated by a Separatorlage.
Eine mögliche, nicht gezeigte Ausgestaltung sieht vor, dass einzelne Blätter aus Kathoden, Anoden und Separatoren gestapelt werden. Dabei ist ein bandförmiger Separator in Z-Form gefaltet und die Kathoden- und Anodenblätter sind seitlich in sich bildende Taschen eingeschoben. Alternativ ist der bandförmige Separator gewickelt oder flachgewickelt, wobei die Kathoden- und Anodenblätter an entsprechenden Stellen eingelegt sind.A possible, not shown embodiment provides that individual sheets of cathodes, anodes and separators are stacked. In this case, a band-shaped separator is folded in Z-shape and the cathode and anode sheets are laterally inserted into forming pockets. Alternatively, the band-shaped separator is wound or wound flat, with the cathode and anode sheets are placed in appropriate places.
Eine weitere mögliche, nicht gezeigte Ausgestaltung sieht vor, Kathoden, Anoden und Separatoren als Endlosmaterial auszuführen und diese zu wickeln oder flachzuwickeln.Another possible, not shown embodiment provides to run cathodes, anodes and separators as continuous material and to wrap or flat wound.
Die Anoden- und Kathodenlagen der Elektrodenanordnung 3 sind an mindestens einem Rand unbeschichtet ausgebildet und ragen aus dem Elektrodenstapel oder -wickel in der Form von Stromableiterfahnen 4, 5 heraus, wo sie optional miteinander zu einem Paket verbunden, beispielsweise geheftet, sind. Die Stromableiterfahnen 4, 5 werden im Inneren der Einzelzelle 1 mit durch das Zellgehäuse 2 ragenden Polen 6, 7 verbunden, um eine Stromeinleitung und Stromausleitung zu ermöglichen.The anode and cathode layers of the electrode assembly 3 are formed on at least one edge uncoated and protrude from the electrode stack or -wickel in the form of Stromableiterfahnen 4 . 5 out, where they are optionally connected to each other in a package, for example stapled. The current collector flags 4 . 5 be inside the single cell 1 with through the cell case 2 protruding Poland 6 . 7 connected to allow a power input and Stromausleitung.
Das dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Einzelzelle 1 ist eine so genannte prismatische Hardcasezelle. Diese zeichnen sich durch ein metallisches Zellgehäuse 2 aus, durch welches die Pole 6, 7 elektrisch isoliert nach außen geführt sind. Auch ist es möglich, dass einer der Pole 6, 7 elektrisch mit dem Zellgehäuse 2 gekoppelt ist.The illustrated first embodiment of the single cell 1 is a so-called prismatic hardcase cell. These are characterized by a metallic cell housing 2 out, through which the poles 6 . 7 electrically isolated are led to the outside. It is also possible that one of the poles 6 . 7 electrically with the cell housing 2 is coupled.
Unter anderem reduzieren sich eine in der Einzelzelle 1 speicherbare elektrische Energie, deren elektrische Kapazität und eine maximal abgebbare und aufnehmbare elektrische Leistung über eine Lebensdauer der Einzelzelle 1. Die Alterung setzt sich im Wesentlichen aus einer zyklischen Alterung, hervorgerufen durch einen Einfluss von Lade- und Entladezyklen, und einer kalendarischen Alterung, hervorgerufen durch einen Einfluss einer Lagerung der Einzelzelle unter bestimmten Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperaturen oder so genannten Temperaturkollektiven, zusammen.Among other things, one reduces in the single cell 1 storable electrical energy, their electrical capacity and a maximum deliverable and recordable electrical power over a lifetime of the single cell 1 , Aging is essentially composed of cyclical aging, caused by an influence of charging and discharging cycles, and calendrical aging, caused by an influence of storage of the single cell under certain environmental conditions, such as temperatures or so-called temperature collectives.
Bei einigen Zellchemietypen, beispielsweise bei Einzelzellen 1 mit der Lithium-Ionen-Zellchemie, bewirkt ein Verpressen der Elektrodenanordnung 3 senkrecht zu den Flächen der Lagen der Anoden-, Kathoden- und Separatorfolien eine Verlangsamung der Alterung der Einzelzelle. Weiterhin wird durch die Verpressung eine mechanische Belastbarkeit der Elektrodenanordnung 3 erhöht, da die einzelnen Lagen untereinander kraftschlüssig verbunden sind. Durch Verpressung wird in möglichen Ausgestaltungen weiterhin die Elektrodenanordnung 3 kraftschlüssig innerhalb des Zellgehäuses 2 fixiert.For some types of cell chemistry, such as single cells 1 with the lithium-ion cell chemistry, causes a compression of the electrode assembly 3 perpendicular to the surfaces of the layers of the anode, cathode and Separatorfolien a slowing down of the aging of the single cell. Furthermore, by the compression of a mechanical load capacity of the electrode assembly 3 increased, since the individual layers are positively connected with each other. By pressing is in possible embodiments, the electrode assembly continues 3 non-positively within the cell housing 2 fixed.
2 zeigt eine Schnittdarstellung der Einzelzelle 1 gemäß 1 in einem solchen verpressten Zustand der Elektrodenanordnung 3. Zur Erzeugung der Verpressung wird das Zellgehäuse 2 evakuiert. Innerhalb des Zellgehäuses 2 nicht vom Elektrolyt geflutete Leerräume 8 bis 10 vorhanden. Somit erfolgt die Verpressung der Elektrodenanordnung 3 aufgrund der Evakuierung des Zellgehäuses 2 durch den außen am Zellgehäuse 2 anliegenden Umgebungsluftdruck. 2 shows a sectional view of the single cell 1 according to 1 in such a compressed state of the electrode assembly 3 , To generate the compression, the cell housing 2 evacuated. Inside the cell housing 2 voids not flooded by the electrolyte 8th to 10 available. Thus, the pressing of the electrode assembly takes place 3 due to the evacuation of the cell case 2 through the outside of the cell case 2 adjacent ambient air pressure.
In den 3 und 4 sind Schnittdarstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels der Einzelzelle 1 im nicht verpressten und verpressten Zustand der Elektrodenanordnung 3 dargestellt.In the 3 and 4 are sectional views of a second embodiment of the single cell 1 in the non-compressed and compressed state of the electrode assembly 3 shown.
Im Unterschied zu dem in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Einzelzelle 1 als so genannte bipolare Rahmenflachzelle ausgebildet. Eine solche bipolare Rahmenflachzelle zeichnet sich dadurch aus, dass das Zellgehäuse 2 zwei blech- und/oder schalenförmige metallische Gehäusehälften 2.1, 2.2 und einen zwischen diesen angeordneten elektrisch isolierenden Rahmen 2.3 umfasst. Die Gehäusehälften 2.1, 2.2 sind jeweils elektrisch mit einer Stromableiterfahne 4, 5 der Elektrodenanordnung 3 gekoppelt und bilden die Pole 6, 7 der Einzelzelle 1.Unlike in the 1 and 2 shown first embodiment the single cell 1 designed as a so-called bipolar Rahmenflachzelle. Such a bipolar Rahmenflachzelle is characterized in that the cell housing 2 two sheet metal and / or shell-shaped metallic housing halves 2.1 . 2.2 and an electrically insulating frame disposed between them 2.3 includes. The housing halves 2.1 . 2.2 are each electrically with a Stromableiterfahne 4 . 5 the electrode assembly 3 coupled and form the poles 6 . 7 the single cell 1 ,
Auch bei der bipolaren Rahmenflachzelle erfolgt die Verpressung der Elektrodenanordnung 3 aufgrund der Evakuierung des Zellgehäuses 2 durch den außen am Zellgehäuse 2 anliegenden Umgebungsluftdruck.The compression of the electrode arrangement also takes place in the case of the bipolar frame flat cell 3 due to the evacuation of the cell case 2 through the outside of the cell case 2 adjacent ambient air pressure.
Die 5 und 6 zeigen Schnittdarstellungen eines dritten Ausführungsbeispiels der Einzelzelle 1 im nicht verpressten und verpressten Zustand der Elektrodenanordnung 3.The 5 and 6 show sectional views of a third embodiment of the single cell 1 in the non-compressed and compressed state of the electrode assembly 3 ,
Im Unterschied zu dem in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Einzelzelle 1 als so genannte Pouchzelle ausgebildet. Eine solche Pouchzelle zeichnet sich dadurch aus, dass das Zellgehäuse 2 aus einer folienartigen Verpackung gebildet ist. Durch das Zellgehäuse 2 sind die als so genannte Ableiter in Blechform ausgebildeten Pole 6, 7 elektrisch isoliert nach außen geführt.Unlike in the 1 and 2 The first embodiment shown is the single cell 1 designed as a so-called pouch cell. Such a pouch cell is characterized by the fact that the cell housing 2 is formed from a foil-like packaging. Through the cell case 2 are formed as so-called arresters in sheet form poles 6 . 7 electrically insulated led to the outside.
Weiterhin weist die Pouchzelle keine Leerräume auf. Deshalb erfolgt die Verpressung der Elektrodenanordnung 3 mittels zwei Druckplatten 11, 12, mittels welchen im Gegensatz zur Erzeugung der Verpressung mittels Evakuierung des Zellgehäuses 2 beliebige Drücke eingestellt werden können.Furthermore, the pouch cell has no voids. Therefore, the pressing of the electrode assembly takes place 3 by means of two printing plates 11 . 12 , by means of which, in contrast to the generation of the compression by means of evacuation of the cell housing 2 Any pressures can be adjusted.
Zur Senkung eines Bauraumbedarfs und von Kosten sind in einer möglichen Ausgestaltung alle Einzelzellen 1 eines Zellblocks 13 gemeinsam mit einer Verspanneinrichtung verpresst.To reduce a space requirement and costs are in a possible embodiment, all individual cells 1 a cell block 13 compressed together with a clamping device.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines solchen Zellblocks 13 ist in stark vereinfachter Weise in 7 dargestellt, wobei die Verspanneinrichtung zwei an gegenüberliegenden Enden des Zellblocks 13 angeordneten Druckplatten 11, 12 umfasst.A first embodiment of such a cell block 13 is in a very simplified way in 7 shown, wherein the clamping device two at opposite ends of the cell block 13 arranged printing plates 11 . 12 includes.
Innerhalb einer elektrischen Batterie sind die Einzelzellen 1 zu zumindest einem Zellblock 13 zusammengefasst, welcher eine Mehrzahl von Einzelzellen 1 und Vorrichtungen zu deren mechanischer Fixierung, Kontaktierung und/oder Temperierung umfasst. Der Zellblock 13 ist in nicht dargestellter Weise in einem stabilen Batteriegehäuse angerordnet, welches zusätzlich erforderliche Vorrichtungen zur elektrischen Steuerung und Absicherung der Batterie, beispielsweise ein so genanntes Batterie-Management-System, Schütze zur Zu- und Abschaltung des elektrischen Stromes, Sicherungen, Strommesser, sowie Anschlüsse zur Stromzuleitung und -ableitung und Kühlmittelzuleitung und -ableitung sowie Anschlüsse für eine Batteriesteuerung, aufweist.Inside an electric battery are the single cells 1 to at least one cell block 13 summarized, which is a plurality of single cells 1 and devices for their mechanical fixation, contacting and / or tempering comprises. The cell block 13 is ordered in a manner not shown in a stable battery case, which additionally required devices for electrical control and protection of the battery, such as a so-called battery management system, contactors for connection and disconnection of the electric current, fuses, ammunition, and connections to Power supply and discharge and coolant supply and discharge and connections for a battery control, has.
Die mechanische Fixierung der Einzelzellen 1 zur Bildung des Zellblocks 13 erfolgt mittels Zellhaltern in Rahmen- oder Schalenform, welche zwischen den Einzelzellen 1 angeordnet sind und/oder diese jeweils am Rand umschließen. Zellhalter und Einzelzellen 1 werden anschließend über in 13 näher dargestellte Spannmittel 17, wie beispielsweise Zuganker, Gewindestangen, Spannbänder und/oder andere geeignete Spannmittel, gegeneinander verpresst. Die Einleitung dieser Spannkräfte in den Zellblock 13 erfolgt mittels der an den Enden desselben befindlichen Druckplatten 11, 12.The mechanical fixation of the individual cells 1 to form the cell block 13 takes place by means of cell holders in frame or shell shape, which between the individual cells 1 are arranged and / or enclose them each at the edge. Cell holders and single cells 1 are then over in 13 Closer shown in detail 17 , For example, tie rods, threaded rods, straps and / or other suitable clamping means, pressed against each other. The introduction of these tension forces into the cell block 13 takes place by means of the pressure plates located at the ends thereof 11 . 12 ,
Halter fixieren die Einzelzellen 1 insbesondere kraftschlüssig durch Druck auf einen umlaufenden Rand des Zellgehäuses 2 und/oder auf die Fläche. Möglich ist auch eine stoffschlüssige Fixierung der Einzelzellen 1 in Haltern, beispielsweise mittels Klebung oder Verguss.Holders fix the single cells 1 in particular non-positively by pressure on a peripheral edge of the cell housing 2 and / or on the surface. Also possible is a cohesive fixation of the individual cells 1 in holders, for example by gluing or potting.
Zur elektrischen Reihen- und/oder Parallelschaltung der Einzelzellen 1 werden deren Pole 6, 7 entweder direkt oder über einen elektrisch leitfähigen Zellverbinder verbunden.For electrical series and / or parallel connection of the individual cells 1 become their poles 6 . 7 either connected directly or via an electrically conductive cell connector.
8 zeigt einen Verlauf einer elektrischen Kapazität C in Abhängigkeit von der Zeit t im Vergleich zwischen einer Einzelzelle 1 mit einer verpressten Elektrodenanordnung 3 (= durchgezogene Darstellung) und einer Einzelzelle 1 mit einer nicht verpressten Elektrodenanordnung 3 (= gestrichelte Darstellung). 8th shows a profile of an electrical capacitance C as a function of time t in comparison between a single cell 1 with a compressed electrode arrangement 3 (= solid representation) and a single cell 1 with a non-compressed electrode assembly 3 (= dashed line).
Es ist ersichtlich, dass eine Einzelzelle 1 mit verpresster Elektrodenanordnung 3 gegenüber einer Einzelzelle 1 mit nicht verpresster Elektrodenanordnung 3 eine erhöhte Lebensdauer aufweist.It can be seen that a single cell 1 with compressed electrode arrangement 3 towards a single cell 1 with non-compressed electrode arrangement 3 has an increased life.
Zur weiteren Erhöhung der Lebensdauer einer Einzelzelle 1 mit verpresster Elektrodenanordnung 3 wird die Verpressung der Elektrodenanordnung 3 während der Lebensdauer der Einzelzelle 1 zumindest einmalig für eine vorgegebene Zeitdauer T teilweise oder vollständig gelöst und anschließend wiederhergestellt.To further increase the life of a single cell 1 with compressed electrode arrangement 3 becomes the compression of the electrode assembly 3 during the lifetime of the single cell 1 at least once for a predetermined period T partially or completely dissolved and then restored.
Dies ist in 9 veranschaulicht, welche einen zeitlichen Verlauf der elektrischen Kapazität C einer Einzelzelle 1 mit einer verpressten Elektrodenanordnung 3 (= durchgezogene Darstellung) und einen Verlauf einer Verpressung der Elektrodenanordnung (= gestrichelte Darstellung) bei einmaliger Lösung für die vorgegebene Zeitdauer T und anschließender Wiederherstellung der Verpressung während der Lebensdauer der Einzelzelle 1 zeigt.This is in 9 illustrates which a time profile of the electrical capacitance C of a single cell 1 with a compressed electrode arrangement 3 (= solid representation) and a course of a pressing of the electrode assembly (= dashed line) in a single solution for the predetermined period of time T and subsequent restoration of compression during the lifetime of the single cell 1 shows.
Zu Beginn der Lebensdauer der Einzelzelle 1 wird ein zur Erzielung eines guten Alterungsverhaltens erforderlicher Vorspanndruck P eingestellt. Dieser Vorspanndruck P vergrößert sich aufgrund eines Einzelzellwachstums bei einer starren oder steifen Einspannung über die Zeit t und/oder über eine Zyklenzahl n von Ladungen und Entladungen.At the beginning of the lifetime of the single cell 1 a biasing pressure P required to achieve a good aging behavior is set. This bias pressure P increases due to a single cell growth in a rigid or rigid clamping over time t and / or a number of cycles n of charges and discharges.
Aufgrund der Lösung der Verpressung für die vorgegebene Zeitdauer T und anschließender Wiederherstellung derselben wird ein Erholungseffekt erzielt, welcher zu einer Vergrößerung ΔC der elektrischen Kapazität C führt. Nach der Lösung der Verpressung wird wieder der Vorspanndruck P eingestellt, welcher vor der Lösung angelegen hat.Due to the solution of the compression for the predetermined period of time T and subsequent recovery of the same a recovery effect is achieved, which leads to an increase .DELTA.C of the electric capacitance C. After the solution of the compression of the biasing pressure P is set again, which has been found before the solution.
Abweichend zur einmaligen vollständigen Lösung der Verpressung kann diese auch mehrmalig und/oder teilweise während der Lebensdauer der Einzelzelle 1 erfolgen. Der Erholungseffekt mit der Vergrößerung der elektrischen Kapazität C tritt dann entsprechend mehrmalig ein.Unlike the one-time complete solution of the compression, this can also be repeated and / or partially during the lifetime of the single cell 1 respectively. The recovery effect with the increase in the electrical capacitance C then occurs several times.
Der zumindest eine Zeitpunkt zur Lösung und Wiederherstellung der Verpressung ist dabei entweder fest vorgegeben oder wird in Abhängigkeit von erfassten elektrischen Parametern und/oder mechanischen Parametern der Einzelzelle 1 gewählt. Derartige Parameter sind beispielsweise eine jeweils aktuelle elektrische Kapazität C der Einzelzelle 1 und ein aktueller Vorspanndruck P.The at least one time for the solution and restoration of the compression is either fixed or dependent on detected electrical parameters and / or mechanical parameters of the single cell 1 selected. Such parameters are, for example, a respective current electrical capacitance C of the single cell 1 and a current biasing pressure P.
Während der Lösung der Verpressung wird ein elektrischer Betrieb der Einzelzelle 1 in einer möglichen Ausgestaltung zumindest eingeschränkt oder die Lösung der Verpressung und deren Wiederherstellung erfolgen in Phasen, in welchen die Einzelzelle 1 nicht verwendet wird, beispielsweise während Stillstandszeiten von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben.During the solution of the compression becomes an electrical operation of the single cell 1 in a possible embodiment at least limited or the solution of the compression and their restoration take place in phases in which the single cell 1 is not used, for example, during downtime of vehicles with alternative drives.
Die Lösung und Wiederherstellung der Verpressung erfolgt beispielsweise im Rahmen einer Regenerierung einer die Einzelzelle 1 umfassenden Batterie, insbesondere durch einen zeitweiligen Ausbau der Batterie aus dem Fahrzeug und der Einzelzelle 1 aus der Batterie.The solution and restoration of the compression takes place, for example, in the context of a regeneration of a single cell 1 comprehensive battery, in particular by a temporary removal of the battery from the vehicle and the single cell 1 from the battery.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Batterie, die mindestens eine Einzelzelle 1 oder mindestens einen Zellblock 13 mit mehreren Einzelzellen 1 umfasst, eine Vorrichtung 14 zur Variation der Verpressung, so dass ein Ausbau und eine Zerlegung der Batterie zur Durchführung der Erholungsphasen nicht erforderlich sind.Alternatively or additionally, the battery comprises at least one individual cell 1 or at least one cell block 13 with several single cells 1 includes a device 14 for varying the compression, so that an expansion and disassembly of the battery to carry out the recovery phases are not required.
Eine solche Vorrichtung 14 zeigt 10 in einer Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Einzelzelle 1 im verpressten Zustand. Erfolgt die Verpressung durch Evakuierung des Zellgehäuses 2 mit Leerräumen 8, 9 anhand des Umgebungsdrucks, wird zur zeitweiligen vollständigen oder teilweisen Lösung der Verpressung ein Innendruck der Einzelzelle 1 erhöht. Hierzu ist die Vorrichtung 14 beispielsweise als ein in das Zellgehäuse 2 integriertes Ventil ausgebildet, über welches beispielsweise Gas in das Zellgehäuse 2 eingeführt und aus diesem abgeführt werden kann.Such a device 14 shows 10 in a sectional view of a fourth embodiment of a single cell 1 in the compressed state. If the compression takes place by evacuation of the cell housing 2 with voids 8th . 9 Based on the ambient pressure, for temporary complete or partial solution of the compression, an internal pressure of the single cell 1 elevated. This is the device 14 for example, as a in the cell housing 2 formed integrated valve, via which, for example, gas in the cell housing 2 introduced and can be removed from this.
In 11 ist eine Schnittdarstellung einer Anordnung 15 zur Beeinflussung einer Verpressung der Elektrodenanordnung 3 der Einzelzelle 1 gemäß 4 dargestellt. Hierbei ist die Einzelzelle 1 oder in nicht näher dargestellter Weise eine Mehrzahl dieser innerhalb einer Kammer 16 angeordnet. Diese Kammer 16 umfasst die als Ventil ausgebildete Vorrichtung 14, mittels welcher der Umgebungsdruck der Einzelzelle 1 durch Einführung von Gas in die Kammer 16 und Abführung von Gas aus der Kammer 16 einstellbar ist. Somit ist die Verpressung der Elektrodenanordnung 3 einstellbar.In 11 is a sectional view of an arrangement 15 for influencing a pressing of the electrode arrangement 3 the single cell 1 according to 4 shown. Here is the single cell 1 or in a manner not shown a plurality of these within a chamber 16 arranged. This chamber 16 comprises the device designed as a valve 14 , by means of which the ambient pressure of the single cell 1 by introducing gas into the chamber 16 and discharge of gas from the chamber 16 is adjustable. Thus, the compression of the electrode assembly 3 adjustable.
Die Kammer 16 ist dabei in einer möglichen Ausgestaltung ein Batteriegehäuse, wobei zur Variation der Verpressung eine innerhalb des Batteriegehäuses vorhandene Gas- oder Luftmenge zumindest zeitweise reduziert oder vergrößert wird.The chamber 16 is in a possible embodiment, a battery case, wherein for varying the compression, an existing within the battery case gas or air quantity is at least temporarily reduced or increased.
12 zeigt eine Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der Einzelzelle 1 im verpressten Zustand, wobei zusätzlich zur Einzelzelle 1 gemäß 4 innerhalb des Leerraums 8 die Vorrichtung 14 angeordnet ist. Die Vorrichtung 14 umfasst dabei einen in seinem Volumen variablen Körper, mittels welchem der Innendruck der Einzelzelle 1 variiert wird. 12 shows a sectional view of a fifth embodiment of the single cell 1 in the compressed state, in addition to the single cell 1 according to 4 within the white space 8th the device 14 is arranged. The device 14 comprises a body variable in its volume, by means of which the internal pressure of the single cell 1 is varied.
In 13 ist eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Zellblocks 13 mit mehreren Einzelzellen dargestellt. 14 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Zellblocks 13. Zusätzlich zu dem in 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Zellblocks 13 sind die Druckplatten 11, 12 mittels als Zuganker ausgebildeten Spannmitteln 17 verbunden. Die Zuganker sind dabei jeweils zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teile jeweils mittels einer Vorrichtung 14 verbunden sind.In 13 is a sectional view of a second embodiment of a cell block 13 shown with several single cells. 14 shows an enlarged section of the cell block 13 , In addition to the in 7 illustrated first embodiment of the cell block 13 are the printing plates 11 . 12 by means designed as tie rods clamping means 17 connected. The tie rods are each formed in two parts, wherein the two parts each by means of a device 14 are connected.
Mittels der Vorrichtung 14 ist eine Längenänderung der Zuganker realisierbar, mittels welcher die Verpressung lösbar und wiederherstellbar ist.By means of the device 14 is a change in length of the tie rods realized by means of which the compression is releasable and recoverable.
15 zeigt eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Zellblocks 13 mit mehreren Einzelzellen. In 16 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Zellblocks 13 dargestellt. Im Unterschied zu dem in den 13 und 14 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Zellblocks 13 sind die als Zuganker ausgebildeten Spannmittel 17 einteilig ausgebildet. Zwischen den Zugankern und den Druckplatten 11, 12 ist in der dargestellten Weise jeweils eine Vorrichtung 14 angeordnet, welche einen in seinem Volumen variablen Körper aufweist. Mittels einer Volumenänderung der Vorrichtung 14 ist ein anhand der Druckplatten 11, 12 auf den Zellblock 13 ausgeübter Druck variabel einstellbar und die Verpressung lösbar und wiederherstellbar. 15 shows a sectional view of a third embodiment of a cell block 13 with several single cells. In 16 is an enlarged section of the cell block 13 shown. Unlike in the 13 and 14 illustrated second embodiment of the cell block 13 are designed as tie rods clamping means 17 formed in one piece. Between the tie rods and the pressure plates 11 . 12 is in the illustrated manner in each case a device 14 arranged, which has a body variable in its volume. By means of a volume change of the device 14 is one based on the printing plates 11 . 12 on the cell block 13 applied pressure variably adjustable and the compression solvable and recoverable.
In 17 ist eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Zellblocks 13 mit mehreren Einzelzellen dargestellt. 16 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Zellblocks 13. Im Unterschied zu dem in den 15 und 16 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel des Zellblocks 13 ist die einen in seinem Volumen variablen Körper aufweisende Vorrichtung 14 einseitig zwischen der Druckplatte 12 und einer endseitig im Zellblock 13 angeordneten Einzelzelle 1 angeordnet. Mittels einer Volumenänderung der Vorrichtung 14 ist ein anhand der Druckplatten 11, 12 auf den Zellblock 13 ausgeübter Druck variabel einstellbar und die Verpressung lösbar und wiederherstellbar.In 17 is a sectional view of a fourth embodiment of a cell block 13 shown with several single cells. 16 shows an enlarged section of the cell block 13 , Unlike in the 15 and 16 illustrated third embodiment of the cell block 13 is the one in its volume variable body device 14 one-sided between the pressure plate 12 and one end in the cell block 13 arranged single cell 1 arranged. By means of a volume change of the device 14 is one based on the printing plates 11 . 12 on the cell block 13 applied pressure variably adjustable and the compression solvable and recoverable.
Für alle Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 14 mit einem in seinem Volumen variablen Körper gilt, dass der Körper ein Dehnkörper oder eine Gasblase mit temperaturabhängigem Volumen ist. Auch kann der Körper ein mit Gas gefülltes Kissen sein, dessen Innendruck variabel einstellbar ist. Alternativ umfasst der Körper eine in ihrer Länge verstellbare Gewindespindel oder einen Hydraulik- oder Pneumatikzugkolben.For all embodiments of the device 14 with a body variable in volume, the body is an expanding body or gas bubble with a temperature-dependent volume. Also, the body may be a gas-filled cushion whose internal pressure is variably adjustable. Alternatively, the body comprises a length-adjustable threaded spindle or a hydraulic or pneumatic pulling piston.
Weiterhin sind beliebige Kombinationen verschiedener Ausführungen der Vorrichtung 14 zur Einstellung der Verpressung möglich.Furthermore, any combinations of different versions of the device 14 to adjust the compression possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Einzelzellesingle cell
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22
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Zellgehäusecell case
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2.12.1
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Gehäusehälftehousing half
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2.22.2
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Gehäusehälftehousing half
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2.32.3
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Rahmenframe
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33
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Elektrodenanordnungelectrode assembly
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44
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Stromableiterfahnedischarge lug
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55
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Stromableiterfahnedischarge lug
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66
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Polpole
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77
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Polpole
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88th
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Leerraumwhitespace
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99
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Leerraumwhitespace
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1010
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Leerraumwhitespace
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1111
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Druckplatteprinting plate
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1212
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Druckplatteprinting plate
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1313
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Zellblockcell block
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1414
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Vorrichtungcontraption
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1515
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Anordnungarrangement
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1616
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Kammerchamber
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1717
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Spannmittelclamping means
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CC
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elektrische Kapazitätelectrical capacity
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nn
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Zyklenzahlnumber of cycles
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PP
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Vorspanndruckpreload pressure
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tt
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ZeitTime
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TT
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Zeitdauertime
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ΔC.DELTA.C
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Vergrößerungenlargement
