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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise bereits aus der
EP 2 944 009 B1 bekannt. Bei dem Verfahren werden mehrere Speicherzellen bereitgestellt, welche jeweilige Speicherkapazitäten zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom aufweisen. Ferner werden die Speicherzellen sortiert. Außerdem werden die Speicherzellen elektrisch miteinander verbunden.
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Des Weiteren offenbart die
DE 43 10 862 A1 ein Verfahren zur Batteriesortierung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem Energiespeicher mit besonders hoher Speicherkapazität zum Speichern von elektrischer Energie hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, weist einen ersten Schritt auf, bei welchem mehrere Speicherzellen bereitgestellt werden. Die Speicherzellen weisen jeweilige Speicherkapazitäten zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf. Das Verfahren umfasst ferner einen zweiten Schritt, bei welchem die Speicherzellen sortiert werden. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens werden die Speicherzellen elektrisch miteinander verbunden, sodass beispielsweise eine besonders hohe Speicherkapazität und/oder eine besonders hohe elektrische Leistung des zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildeten Energiespeichers realisiert werden kann. Der Energiespeicher ist beispielsweise eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), sodass beispielsweise die jeweilige Speicherzelle eine Batteriezelle ist.
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Die jeweilige Speicherkapazität der jeweiligen Speicherzelle ist ein Maß für elektrische Energie, die mittels beziehungsweise in der jeweiligen Speicherzelle an sich gespeichert werden kann. Die jeweilige Speicherkapazität der jeweiligen Speicherzelle wird somit beispielsweise auch als Zellenkapazität bezeichnet.
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Durch das elektrische Verbinden der Speicherzellen miteinander kann beispielsweise eine Speicherkapazität des Energiespeichers insgesamt geschaffen werden, wobei die Speicherkapazität des Energiespeichers insgesamt ein Maß für elektrische Energie ist, die mittels des Energiespeichers beziehungsweise in dem Energiespeicher gespeichert werden kann. Die Speicherkapazität des Energiespeichers insgesamt wird beispielsweise als Gesamtkapazität bezeichnet.
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Um nun auf besonders kostengünstige Weise eine besonders hohe Speicherkapazität des Energiespeichers, das heißt eine besonders hohe Gesamtspeicherkapazität realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Sortieren der Speicherzellen, das heißt der zweite Schritt des Verfahrens, einen vierten Schritt aufweist, bei welchem die jeweiligen Speicherkapazitäten der Speicherzellen bestimmt, insbesondere gemessen, werden. Das Sortieren der Speicherzellen umfasst ferner einen fünften Schritt, bei welchem in Abhängigkeit von den ermittelten beziehungsweise gemessenen Speicherkapazitäten der Speicherzellen die Speicherzellen zu jeweiligen Kategorien zugeordnet beziehungsweise in jeweilige Kategorien eingeteilt werden. Ferner ist erfindungsgemäß ein sechster Schritt vorgesehen, bei welchem zum Herstellen des Energiespeichers die der jeweiligen Kategorie zugeordneten Speicherzellen elektrisch miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass beispielsweise nur diejenigen der bereitgestellten Speicherzellen, insbesondere zu einem Batteriemodul, elektrisch miteinander verbunden werden, die eine hinreichend hohe Speicherkapazität, das heißt Zellenkapazität, aufweisen.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass Speicherzellen, aus welchen ein Energiespeicher oder mehrere Energiespeicher hergestellt werden, aufgrund einer Vielzahl von Einflussgrößen, die beispielsweise während einer Herstellung beziehungsweise Produktion der Speicherzellen auftreten, Kapazitätsschwankungen beziehungsweise Kapazitätsstreuungen unterworfen sind, sodass beispielsweise die Speicherkapazitäten von im Rahmen einer Großserien-Produktion beziehungsweise eines Großserien-Fertigungsprozesses bereitgestellten Speicherzellen voneinander abweichen beziehungsweise schwanken können, insbesondere in einem Bereich von 2 Prozent bis 5 Prozent. Werden nun beispielsweise aus den bereitgestellten Speicherzellen mehrere Speicherzellen willkürlich beziehungsweise zufällig ausgewählt, um aus den ausgewählten Speicherzellen wenigstens ein Batteriemodul beziehungsweise einen Energiespeicher herzustellen, indem beispielsweise die ausgewählten Speicherzellen elektrisch miteinander verbunden und dabei beispielsweise seriell beziehungsweise in Reihe zueinander geschaltet werden, so kann beispielsweise diejenige der ausgewählten Speicherzellen, die bezüglich der ausgewählten Speicherzellen die geringste Speicherkapazität aufweist, die Gesamtspeicherkapazität des Batteriemoduls beziehungsweise des Energiespeichers bestimmen. Mit anderen Worten ist dann beispielsweise die Gesamtspeicherkapazität des Batteriemoduls beziehungsweise des Energiespeichers insgesamt auf die geringste Zellenkapazität beschränkt. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn nur eine der ausgewählten Speicherzellen eine sehr geringe Zellenkapazität aufweist, während die übrigen Zellenkapazitäten der übrigen ausgewählten Speicherzellen besonders hoch und insbesondere höher als die Zellenkapazität der einen Speicherzelle sind. In diesem Fall können die übrigen hohen Zellenkapazitäten nicht genutzt werden und werden beispielsweise verschwendet oder gehen ungenutzt verloren. Mit anderen Worten bestimmt die hinsichtlich ihrer Zellenkapazität schlechteste Speicherzelle eine nutzbare Energiemenge des Energiespeichers insgesamt.
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Dieses Problem kann nun mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, da auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise nur diejenigen der bereitgestellten Speicherzellen ausgewählt beziehungsweise elektrisch miteinander verbunden werden können, die hinreichend hohe beziehungsweise gleiche oder ähnliche Zellenkapazitäten aufweisen. Insbesondere ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, nur Speicherzellen mit hinreichend hohen und dabei beispielsweise gleichen oder ähnlichen Zellenkapazitäten sowie Speicherzellen mit demgegenüber geringeren und dabei gleichen oder ähnlichen Zellenkapazitäten miteinander zu verbinden, sodass bei mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens fertig hergestellten Energiespeichern die jeweiligen Zellenkapazitäten der jeweiligen Speicherzellen effizient und effektiv genutzt werden können. Mit anderen Worten können beispielsweise übermäßig hohe Beträge an Speicherkapazitäten, welche nicht genutzt werden können, vermieden werden.
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Insbesondere erfolgt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Sortierung und mehrgleisige Prozessierung beziehungsweise Variantensteuerung der Speicherzellen in Produktlinien, insbesondere in Modul- und/oder Speicherlinien, derart, dass hinsichtlich ihrer Zellenkapazitäten gleiche oder ähnliche Speicherzellen jeweils zu einem Batteriemodul beziehungsweise zu einem Energiespeicher konfiguriert, das heißt elektrisch miteinander verbunden werden. Auf diese Weise werden Kapazitätsbeziehungsweise Energie-Potentiale von Speicherzellen mit hohen Zellenkapazitäten effektiv nutzbar gemacht, sodass ein hoher Nutzenergieinhalt des Energiespeichers realisiert werden kann. In der Folge kann eine besonders hohe Reichweite realisiert werden, über welche das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung unterbleibt ein elektrisches Verbinden von einer ersten der Kategorien zugeordneten ersten der Speicherzellen mit einer zweiten der Kategorien zugeordneten zweiten der Speicherzellen. Dies bedeutet, dass die Kategorien beziehungsweise die den jeweiligen Kategorien zugeordneten Speicherzellen nicht vermischt und somit nicht kategorieübergreifend elektrisch miteinander verbunden werden, sodass lediglich die der jeweiligen Kategorie zugeordneten Speicherzellen innerhalb der jeweiligen Kategorie elektrisch miteinander verbunden werden. Auf diese Weise können übermäßig hohe Unterschiede zwischen den einzelnen Zellenkapazitäten vermieden werden, sodass ein besonders hoher Nutzenergiegehalt des Energiespeichers geschaffen werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweilige Speicherzelle einer ersten der Kategorien zugeordnet wird, wenn die Speicherkapazität der jeweiligen Speicherzelle einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet. Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, dass die jeweilige Speicherzelle einer zweiten der Kategorien zugeordnet wird, wenn die Speicherkapazität der jeweiligen Speicherzelle den vorgebbaren Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden durch das elektrische Verbinden der der jeweiligen Kategorie zugeordneten Speicherzellen jeweilige Batteriemodule gebildet, wobei alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen des jeweiligen Batteriemoduls derselben Kategorie zugeordnet sind. Dies bedeutet, dass das jeweilige Batteriemodul nur Speicherzellen genau einer der Kategorien aufweist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt stammen beispielsweise alle Speicherzellen des jeweiligen Batteriemoduls aus derselben Kategorie.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zum Herstellen des Energiespeichers die Batteriemodule derart elektrisch miteinander verbunden werden, dass alle Speicherzellen des die elektrisch miteinander verbundenen Batteriemodule aufweisenden Energiespeichers derselben Kategorie zugeordnet sind. Dies bedeutet, dass alle Speicherzellen des Energiespeichers derselben Kategorie zugehören beziehungsweise aus derselben Kategorie stammen, wodurch übermäßige Unterschiede zwischen den Zellenkapazitäten vermieden werden können. Dadurch können die Zellenkapazitäten effektiv und effizient genutzt werden, sodass ein besonders hoher Nutzenergieinhalt des Energiespeichers realisiert werden kann.
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Selbstverständlich ist die Sortierung beziehungsweise Einteilung der Speicherzellen in mehr als zwei Kategorien denkbar, insbesondere differenziert durch beziehungsweise in Abhängigkeit von jeweiligen, insbesondere voneinander unterschiedlichen Schwellenwerten. Darüber hinaus ist ein weiterer Vorteil der Erfindung eine Reduktion des Symmetriebedarfs, das heißt des Ausgleichs von unterschiedlichen Ladungsfüllständen unterschiedlich voller Speicherzellen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Energiespeichers.
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Die einzige Fig. zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet und weist in seinem fertig hergestellten Zustand beispielsweise wenigstens einen Energiespeicher in Form des zuvor genannten Energiespeichers auf, mittels welchem elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden kann. Der Energiespeicher ist beispielsweise eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), und wird genutzt, um wenigstens eine elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie zu versorgen. Hierdurch kann die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben werden, mittels welchem beispielsweise Räder des Kraftfahrzeugs und somit das Kraftfahrzeug insgesamt elektrisch angetrieben werden können.
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Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens werden mehrere Speicherzellen bereitgestellt, aus welchen der Energiespeicher hergestellt wird. Bei den Speicherzellen handelt es sich beispielsweise um Batteriezellen. Die Speicherzellen weisen jeweilige Speicherkapazitäten zum Speichern von elektrischer Energie auf. Die jeweilige Speicherkapazität der jeweiligen Speicherzelle wird auch als Zellenkapazität bezeichnet.
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Bei einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens werden die Speicherzellen sortiert. Bei einem dritten Schritt S3 des Verfahrens werden die Speicherzellen elektrisch miteinander verbunden. Durch das elektrische Verbinden der Speicherzellen miteinander weist der Energiespeicher in seinem fertig hergestellten Zustand eine Speicherkapazität zum Speichern von elektrischer Energie auf, wobei die Speicherkapazität des Energiespeichers insgesamt auch als Gesamtkapazität bezeichnet wird.
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Um nun die jeweiligen Zellenkapazitäten effektiv und effizient nutzen zu können und somit auf kostengünstige Weise eine besonders hohe Gesamtkapazität schaffen zu können, umfasst der zweite Schritt S2, das heißt das Sortieren der Speicherzelle, einen vierten Schritt S4, bei welchem die jeweiligen Speicherkapazitäten der Speicherzellen ermittelt, insbesondere gemessen, werden. Mit anderen Worten werden bei dem vierten Schritt S4 die auch als Einzelkapazitäten bezeichneten Zellenkapazitäten bestimmt, insbesondere gemessen. Der zweite Schritt S2, das heißt das Sortieren der Speicherzellen, umfasst ferner einen fünften Schritt S5, bei welchem die Speicherzellen in Abhängigkeit von den ermittelten Speicherkapazitäten zu jeweiligen Kategorien zugeordnet werden. Des Weiteren umfasst der dritte Schritt S3 einen sechsten Schritt S6, bei welchem zum Herstellen des Energiespeichers die der jeweiligen Kategorie zugeordneten Speicherzellen elektrisch miteinander verbunden werden.
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Beispielsweise werden bei dem fünften Schritt S5 sich auf die jeweiligen Zellenkapazität beziehende Schwellenwerte vorgegeben. Ein erster der Schwellenwerte beträgt beispielsweise 26 Amperestunden, wobei ein zweiter der Schwellenwerte 26,5 Amperestunden beträgt, und wobei beispielsweise ein dritter der Schwellenwerte 27 Amperestunden beträgt. Die jeweilige Speicherzelle wird beispielsweise einer ersten der Kategorien zugeordnet, wenn die jeweilige Zellenkapazität den ersten Schwellenwert überschreitet und den zweiten Schwellenwert unterschreitet oder erreicht. Die jeweilige Speicherzelle wird beispielsweise einer zweiten der Kategorien zugeordnet, wenn die jeweilige Zellenkapazität den zweiten Schwellenwert überschreitet und den dritten Schwellenwert unterschreitet oder erreicht. Ferner wird beispielsweise die jeweilige Speicherzelle einer dritten der Kategorien zugeordnet, wenn die jeweilige Zellenkapazität den dritten Schwellenwert überschreitet.
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Im Rahmen des dritten Schritts S3 ist es insbesondere vorgesehen, dass ein elektrisches Verbinden der Speicherzellen zwischen den Kategorien beziehungsweise über die Kategorien hinweg unterbleibt, sodass beispielsweise die der ersten Kategorie zugeordneten Speicherzellen weder mit den Speicherzellen der zweiten Kategorie noch mit den Speicherzellen der dritten Kategorie elektrisch verbunden werden und umgekehrt. Dementsprechend werden die der zweiten Kategorie zugeordneten Speicherzellen weder mit den der ersten Kategorie zugeordneten Speicherzellen noch mit den der dritten Kategorie zugeordneten Speicherzellen verbunden, und die der dritten Kategorie zugeordneten Speicherzellen werden weder mit den der ersten Kategorie zugeordneten Speicherzellen noch mit den der dritten Kategorie zugeordneten Speicherzellen verbunden. Somit ist es beispielsweise bei dem dritten Schritt S3 vorgesehen, dass lediglich die der jeweiligen Kategorie zugeordneten Speicherzellen untereinander verbunden werden, sodass beispielsweise lediglich die Speicherzellen der ersten Kategorie, die Speicherzellen der zweiten Kategorie und die Speicherzellen der dritten Kategorie elektrisch miteinander verbunden werden.
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Auf diese Weise werden beispielsweise jeweilige Batteriemodule gebildet, wobei alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen des jeweiligen Batteriemoduls derselben Kategorie zugeordnet sind. Somit sind beispielsweise erste Batteriemodule, zweite Batteriemodule und dritte Batteriemodule vorgesehen. Dabei sind alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen des jeweiligen ersten Batteriemoduls der ersten Kategorie zugeordnet. Alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen des jeweiligen zweiten Batteriemoduls sind der zweiten Kategorie zugeordnet, und alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen des jeweiligen dritten Batteriemoduls sind der dritten Kategorie zugeordnet.
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Bei dem dritten Schritt S3 kann ferner vorgesehen sein, dass zum Herstellen des Energiespeichers die Batteriemodule derart elektrisch miteinander verbunden werden, dass alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen des die elektrisch miteinander verbundenen Batteriemodule aufweisenden Energiespeichers derselben Kategorie zugeordnet sind. Im Rahmen des anhand der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiels ist es beispielsweise vorgesehen, dass der genannte Energiespeicher aus den der dritten Kategorie zugeordneten Speicherzellen und somit aus den dritten Batteriemodulen hergestellt wird, sodass zum Herstellen des genannten Energiespeichers die dritten Batteriemodule elektrisch miteinander verbunden werden, insbesondere derart, dass, insbesondere in fertig hergestelltem Zustand des Energiespeichers, alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen des Energiespeichers derselben Kategorie und vorliegend beispielsweise der dritten Kategorie zugeordnet sind. Dadurch kann auf kostengünstige Weise eine besonders hohe Gesamtkapazität geschaffen werden, da beispielsweise Ausschussteile und/oder zeit- und kostenaufwendige Schritte zum Angleichen der Zellenkapazitäten vermieden werden können.
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Außerdem ist beispielsweise im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass beispielsweise wenigstens ein zweiter Energiespeicher und wenigstens ein dritter Energiespeicher hergestellt werden. Der zweite Energiespeicher wird beispielsweise aus den der zweiten Kategorie zugeordneten Speicherzellen und somit aus den zweiten Batteriemodulen hergestellt, sodass beispielsweise alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen des zweiten Energiespeichers derselben Kategorie und vorliegend beispielsweise der zweiten Kategorie zugeordnet sind. Der dritte Energiespeicher wird beispielsweise aus den der ersten Kategorie zugeordneten Speicherzellen und somit beispielsweise aus den ersten Batteriemodulen hergestellt, sodass beispielsweise alle elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen des dritten Energiespeichers derselben Kategorie und vorliegend der ersten Kategorie zugeordnet sind. Auf diese Weise können beispielsweise zumindest nahezu alle bereitgestellten Speicherzellen verwendet werden, sodass Ausschussteile und somit übermäßige Kosten vermieden werden können. Ferner können die Zellenkapazitäten effektiv und effizient genutzt werden, sodass besonders hohe Gesamtkapazitäten der jeweiligen Energiespeicher darstellbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S3
- dritter Schritt
- S4
- vierter Schritt
- S5
- fünfter Schritt
- S6
- sechster Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2944009 B1 [0002]
- DE 4310862 A1 [0003]
