DE102018103305A1 - Batteriemodul mit mindestens einer Zelle und Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls - Google Patents

Batteriemodul mit mindestens einer Zelle und Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriemodul (1, 17, 19, 20) und ein solches Batterimodul (1, 17, 19, 20) mit mindestens einer Batteriezelle (3), wobei mittels eines Aktuators (6) ein Anpressdruck auf die mindestens eine Zelle (3) ausübbar ist.
Das Verfahren und das Batteriemodul (1, 17, 19, 20) sind nun dadurch verbessert, dass der Druck in Abhängigkeit eines Ist-Zustandes der Zelle (3) mittels eines Regelkreises eingestellt wird bzw dass die mindestens eine Zelle als Lithium-Ionen-Zelle (3) mit flüssigem Elektrolyt oder Polymer-Elektrolyt oder mit gelartigem Elektrolyt ausgebildet ist, wobei der Aktuator (6) als Piezoaktuator ausgebildet ist, wobei durch den Piezoaktuator (6) eine Kraft auf die Elektroden der mindestens einen Zelle (3) ausübbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 8.
  • Es ist bekannt, dass Lithium-Ionen-Zellen während des Betriebs an Kapazität verlieren und der Innenwiderstand ansteigt. Dies wird als Alterung bezeichnet. Einer der Ursachen ist mechanischer Stress der beteiligten Materialien beim Einlagerungsvorgang. Dies zeigt sich in einer Dickenänderung über den Ladezustand und über die Lebensdauer. Die Dickenänderung erfolgt dabei senkrecht zur Oberfläche der Elektroden. Die Zellen können als Flachzellen ausgebildet sein. Die Flachzellen haben insbesondere die Form eines flachen Quaders. Je nach Ladezustand variiert das Volumen dieser Flachzellen. Wenn mehrere Zellen vorhanden sind, sind diese meisten in Form eines Stapels angeordnet. Die Volumenänderung der Flachzellen addiert sich zu einer Volumenänderung des Stapels. Der gesamte Stapel erfährt somit eine Längenausdehnung oder Längenverkürzung. Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, eine Verspannung der Zellen in Richtung der gestapelten Anordnung der Elektroden zu erreichen.
  • Aus der US 2015/0134172 A1 ist eine Feststoffbatterie mit mehreren Elektroden bekannt. Die Feststoffbatterie ist in einem Ladesystem angeordnet. Das Ladesystem weist einen Druckmittel auf, das einen Druck auf die Feststoffbatterie ausübt, um die Abstände zwischen den Elektroden gleich zu halten. Ohne das Zusammendrücken wäre diese Feststoffbatterie hochohmig und könnte nicht effizient elektrisch betrieben werden. Der Druck wird über eine Drucksteuereinrichtung eingestellt. Die Drucksteuereinrichtung unterscheidet dabei, ob die Feststoffbatterie geladen oder entladen wird. Basierend hierauf wird der Druck verändert. Die Drucksteuereinrichtung übt dabei während des Ladevorgangs einen höheren Druck als bei dem Entladevorgang. Als Druckmittel kann ein Federsystem, ein Öldrucksystem oder eine Kombination dieser beiden verwendet werden.
  • Aus der US 2015/0180076 A1 ist bekannt, während des Fertigungsprozesses einer Feststoffbatterie Druck auf die Batterie auszuüben.
  • Aus der DE 10 2010 006 390 A1 ist eine Batterie mit mehreren Speicherzellen bekannt, wobei die Speicherzellen zwischen zwei stirnseitigen Druckplatten gestapelt und mittels Zugankern und Muttern verspannt sind. Von einer Schmalseite jeder Zelle ragen jeweils zwei Ableiter aus dem Inneren der Zelle senkrecht nach außen ab. Eine ähnliche solche Anordnung ist aus der EP 2 526 580 B1 bekannt. Die Ableiter stehen mit dem elektrochemisch aktiven Katoden- und Anodenbereichen im Inneren des aktiven Bereichs in Verbindung und dienen so als Katoden- und Anodenanschlüsse der Zelle. In Stapelrichtung wechseln sich dabei positive Ableiter und negative Ableiter ab. Zwischen den aufeinander folgenden Ableitern zweier Zellen sind jeweils Distanzstücke angeordnet. Die Distanzstücke weisen entweder eine Durchkontaktierungseinrichtung, eine einseitige Kontaktierungseinrichtung oder keine Kontaktierungseinrichtung auf. Die Durchkontaktierungseinrichtungen sind so aufgebaut, dass sie bei festem Anliegen der Ableiter an den beiden Seiten des Distanzstücks eine elektrische Verbindung zwischen den Ableitern herstellen. Die einseitigen Kontaktierungseinrichtungen sind so aufgebaut, dass sie bei festen Anliegen der Ableiter an die beiden Seiten des Distanzstücks eine elektrische Verbindung mit einem der beiden Ableiter so herstellen, dass ein Abgreifen von außerhalb des Distanzstücks ermöglicht ist. Zum Zwecke des Längenausgleichs sind an den Ableitern der ersten und letzten Zelle auf der in Stapelrichtung nach außen weisenden Seite Endstücke angeordnet, die sich in ihrer Länge von den Distanzstücken unterscheiden und die den Abstand zwischen den jeweiligen Ableiter und den Druckplatten überboten. Auf diese Weise entsteht zwischen den Druckplatten eine geschlossene Säule von Distanzstücken, Ableitern und Endstücken. In der Anschlussdruckplatte ist jeweils ein Druckelement mit einem Druckvermittlungsglied so angeordnet, dass das Druckvermittlungsglied durch eine Öffnung in der Anschlussplatte hindurch ragt. Sobald ein Druckelement aktiviert ist, übt es über das zugeordnete Druckvermittlungsglied Druck auf das entsprechende Endstück und damit auf die gesamte Säule aus Distanzstücken, Ableitern und Endstücken aus. Auf diese Weise wird axialer Druck von außen auf die Anordnung von Distanzstücken, Endstücken und Ableitern ausgeübt und die Distanzstücke und Endstücke werden fixiert und somit wird eine dauerhafte Kontaktierung durch die Kontaktierungseinrichtung sichergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Druckvermittlungsglied durch eine Druckdose gebildet, die ein Stößel mit einem stirnseitig verbreiterten Stempel antreibt. Die Druckdose ist so ausgebildet, dass der Stempel mit vorbestimmtem, vorzugsweise steuerbarem Druck und vorgegeben Weg des Stößels betätigbar ist. Der Antrieb kann elektromotorisch, elektromagnetisch, piezoelektrisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgebildet sein. Es kann auch ein Formgedächtnisbauteil als Bewegungselement verwendet werden.
  • Aus der gattungsbildenden WO 2013/188004 A1 ist ein Batteriemodul mit mehreren Lithium-Ionen-Zellen bekannt, wobei ein auf die Zellen wirkender Druck über ein Kühlmedium erzeugt wird. Der Druck wird in Abhängigkeit von mehreren Parametern geändert. Die Parameter sind beispielsweise der Ladezustand, die Ladegeschwindigkeit und/oder die Temperatur der Zellen. Der auf die Zellen wirkende Druck wird dabei mit einem Sensor gemessen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dass gattungsbildende Batteriemodul und das gattungsbildende Verfahren zu verbessern.
  • Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Das Verfahren dient zum Betrieb eines Batteriemoduls mit mindestens einer Zelle. Es kann eine oder es können mehrere Zellen verwendet werden. Mittels eines Aktuators wird ein Druck auf die mindestens eine Zelle ausgeübt. Die mindestens eine Zelle kann insbesondere als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sein. Die Zellen können als Flachzellen ausgebildet sein. Der Anpressdruck wird in Abhängigkeit eines Ist-Zustandes der Zelle mittels eines Regelkreises eingestellt. Dabei ist der Aktuator in einen Regelkreis von Lithium-Ionen-Zelle und dem Batteriemanagementsystem eingebunden. An der Lithium-Ionen-Zelle werden die Systemgrößenspannung, Strom und/oder Temperatur gemessen und es wird im Batteriemanagementsystem der Ist-Zustand der Zelle ermittelt. Vorzugsweise liefert ein Batteriemanagementsystem eine Sollwertvorgabe an eine Ansteuerung des Aktuators.
  • Über ein oder mehrere Kennfelder wird eine dem Ist-Zustand entsprechende optimale Verspannung der mindestens einen Zelle ermittelt. Die Kennfelder ordnen jedem Ist-Zustand eine in optimaler Weise aufzubringende Kraft oder einen entsprechenden Druck zu. Bei der Ansteuerung des Aktuators wird vorzugsweise eine dem jeweiligen Zellentyp zugeordnete Kraft-Weg-Charakteristik verwendet. Die Kraft-Weg-Charakteristik ist vorzugsweise an den zu verwendenden Zellentyp angepasst. Es ist bspw. möglich eine lineare, logarithmische oder exponentielle Kraft-Weg-Charakteristik zu verwenden. Anhand der ermittelten, optimalen Verspannung wird die Sollwertvorgabe anhand der Kennfelder und der Kraft-Weg-Charakteristik angepasst. Um den Istzustand der Zelle zu erfassen, werden an der mindestens einen Zelle die Systemgrößen Spannung, Strom und/oder Temperatur gemessen und anhand dieser Systemgrößen wird der Ist-Zustand der Zelle ermittelt. Vorzugsweise werden ein Innenwiderstand und eine aktuell verfügbare Kapazität bestimmt.
  • Entsprechend des eingesetzten Aktuators, dies kann z.B. ein elektromechanischer Kraftwegsteller, ein motorischer Kraftwegsteller, ein Piezoaktuator, ein magnetostriktiver Aktuator, ein hydraulischer Zylinder oder ein anderer Aktuator zum Erzeugen einer Bewegung bzw. einer Kraft sein, gibt das Batteriemanagementsystem eine Sollwertvorgabe an die Ansteuerung des Aktuators, in der die entsprechende Kraftwegcharakteristik für die eingesetzte Lithium-Ionen-Zelle berücksichtigt wird. Die Ansteuerung des Aktuators stellt nun eine entsprechende Bewegung bzw. Kraft ein, so dass die Lithium-Ionen-Zelle optimal verspannt wird. Bei Änderung des Ist-Zustandes der Zelle z.B. in Folge einer Ladung, einer Entladung, Alterung oder weiteren Parametern wird vom Batteriemanagementsystem eine neue Sollwertvorgabe ermittelt und an die Ansteuerung des Aktuators übergeben, welche dann die Aktuator auf den neuen Wert einstellt.
  • Der Regelkreis kann eine Verspannung in Abhängigkeit des Ladezustands realisieren. Dies entspricht einem dynamischen Betrieb. Ferner kann der Regelkreis eine Verspannung über die Lebensdauer einstellen. Dies entspricht einem statischen Betrieb. Eine Kombination aus dem dynamischen Betrieb und dem statischen Betrieb ist möglich.
  • Ferner wird die Aufgabe durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 gelöst. Dieses Batteriemodul dient insbesondere zur Verwendung in dem beanspruchten Verfahren. Die mindestens eine Zelle ist als Lithium-Ionen-Zelle mit einem mit flüssigem Elektrolyt oder Polymer-Elektrolyt oder gelartigem Elektrolyt ausgebildet, wobei der Aktuator als Piezoaktuator ausgebildet ist. Durch den Piezoaktuator wird eine Kraft auf die Elektroden der mindestens einen Zelle ausgeübt. Dies hat den Vorteil, dass die Kraft auf einfache Weise variabel einstellbar ist.
  • Die Kraft zur Verspannung wird erzeugt, in dem der Aktuator eine bewegliche Platte in Richtung der Zellen verschiebt. Die bewegliche Platte ist parallel zu den Elektroden der Lithium-Ionen-Zellen angeordnet und die Bewegung wird senkrecht zu dieser Ebene durchgeführt. Durch die Kraft werden die Zellen gegeneinander verspannt.
  • Die Variation der Spannkraft kann dynamisch während der Änderung des Ladezustands oder quasi statisch entsprechend des Kraftbedarfs in Folge der Alterung erfolgen. Dabei wird die Längenänderung des Piezoaktuators und durch den Gegendruck der Lithium-Ionen-Zelle bzw. der Aufnahme in einem entsprechenden Grundkörper eine Kraft erzeugt, mit der die Lithium-Ionen-Zelle verspannt wird.
  • Mit einem Piezoaktuator können definierte Längenänderungen mit entsprechenden Kräften erzeugt werden. Wenn große Längenänderungen bzw. Kräfte benötigt werden, besteht eine Möglichkeit darin, einzelne Piezoaktuatoren zu stapeln. In bevorzugter Ausgestaltung wird jedoch hier nur ein Piezoaktuator verwendet, wobei der Piezoaktuator quer zur Anpressrichtung angeordnet ist und eine Keilanordnung zur Wandlung der Bewegung in Querrichtung und in Längsrichtung verwendet wird. Um nun die Kraft bzw. den Hub des Piezoaktuators optimal ausnutzen zu können, ist vorzugsweise eine Keilanordnung mit einem Keil funktional wirksam zwischen dem Aktuator und der mindestens einen Lithium-Ionen-Zelle angeordnet ist, wobei mittels der Keilanordnung die Kraft eines in Querrichtung wirkenden Aktuators in eine Kraft in Längsrichtung, d.h. in eine auf die mindestens eine Lithium-Ionen-Zelle wirkende Kraft umsetzbar ist. Durch die Keilanordnung kann Bauraum eingespart werden und Möglichkeiten des Einsatzes von Piezoaktuatoren werden erweitert.
  • Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
  • Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Batteriemodul und das Verfahren in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden werden mehrere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • 1 in einer stark schematischen Darstellung ein Batteriemodul und ein Regelkreis,
    • 2 in einem Diagramm eine Kraftwegcharakteristik verschiedener Zellen,
    • 3 in einer stark schematischen Darstellung ein Batteriemodul mit mehreren Zellen und ein Regelkreis,
    • 4 ein Batteriemodul mit einem Aktuator einer Zelle und einer Keilanordnung, und
    • 5 ein Batteriemodul mit mehreren Zellen, einem Piezoaktuator und einer Keilanordnung.
  • 1 zeigt ein Batteriemodul 1 mit einem Grundkörper 2. Der Grundkörper 2 ist insbesondere als Gehäuse ausgebildet. Innerhalb des Gehäuses 2 bzw. des Grundkörpers 2 ist eine Batteriezelle, nämlich eine Lithium-Ionen-Zelle 3 mit einem mit flüssigem Elektrolyt oder Polymer-Elektrolyt oder gelartigem Elektrolyt angeordnet. Die Lithium-Ionen-Zelle 3 wird mittels einer beweglichen Platte 4 gegen eine Wand 5 des Gehäuses 2 gepresst. Hierzu ist ein Aktuator 6 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet, der an der der Wand 5 gegenüberliegenden Wand 7 und an der beweglichen Platte 4 abgestützt ist. In der 1, oben und unten, liegt die Lithium-Ionen-Zelle 3 an den Wänden 8, 9 des Gehäuses 2 an. Die bewegliche Platte 4 erstreckt sich dabei im Wesentlichen über die gesamte Höhe zwischen den Wänden 8 und 9. Die bewegliche Platte 4 ist parallel zu den Wänden 5, 7 angeordnet. Der Aktuator 6 dient zur Weg- bzw. zur Krafterzeugung. Der Aktuator 6 ist insbesondere als Piezoaktor ausgebildet. Aktuatorseitig der beweglichen Platte 4 verbleibt ein Hohlraum 10. Der Aktuator 6 befindet sich insbesondere im Wesentlichen in der Mitte der beweglichen Platte 4 und auch in der Mitte der Wand 7, so dass hier oberhalb und unterhalb jeweils ein Hohlraum 10 verbleibt. Der Aktuator 6 wird über eine Ansteuerung 11 angesteuert. Die Ansteuerung 11 steht in Verbindung mit einem Batteriemanagementsystem 12.
  • Es wird nun der Aktuator 6 verwendet, um die Verspannung von einer (vgl. 1) oder mehrere (vgl. 3) Lithium-Ionen-Zellen 3 zu realisieren. Die Kraft zur Verspannung wird erzeugt, in dem der Aktuator 6 die bewegliche Platte 4 in Richtung der Lithium-Ionen-Zelle 3 verschiebt. Die bewegliche Platte 4 ist parallel zu den Elektroden der Lithium-Ionen-Zelle 3 angeordnet. Die Bewegung wird senkrecht zu dieser Ebene durchgeführt. Entsprechend der Kompression der Lithium-Ionen-Zelle 3 wird eine Kraft erzeugt und die Lithium-Ionen-Zellen 3 werden entsprechend verspannt. Dabei ist der Aktuator 6 in dem Regelkreis mit der Lithium-Ionen-Zelle 3 und dem Batteriemanagementsystem 12 eingebunden.
  • Mittels Sensoren (nicht näher dargestellt) werden nun mehrere Messgrößen 13 gemessen, nämlich insbesondere die Systemgrößen Spannung U, Strom I und die Temperatur T der Zelle 3. An der Lithium-Ionen-Zelle 3 werden die Systemgrößenspannung U, Strom I und Temperatur T gemessen. Anhand dieser Messgrößen wird im Batteriemanagementsystem 12 der Ist-Zustand der Lithium-Ionen-Zelle 3 ermittelt. Der Ist-Zustand der Lithium-Ionen-Zelle 3 wird im Wesentlichen durch den Ladezustand beschrieben. Weiterhin können ein Innenwiderstand und eine aktuell verfügbare Kapazität bestimmt werden.
  • Über Kennfelder wird nun eine dem Ist-Zustand entsprechende Verspannung der Lithium-Ionen-Zelle 3 ermittelt. Die Kennfelder (nicht dargestellt) ordnen dabei dem Istzustand der Zelle einen optimalen Druck oder eine entsprechende Kraft zu. Entsprechend des eingesetzten Aktuators, dies kann z.B. ein elektromechanischer Kraftwegsteller ein motorischer Kraftwegsteller, ein Piezoaktor, magnetostriktiver Aktuator, ein hydraulischer Zylinder oder ein anderer Aktuator zum Erzeugen einer Bewegung bzw. einer Kraft sein, gibt das Batteriemanagementsystem 12 eine Sollwertvorgabe an die Ansteuerung des Aktuators in der eine entsprechende Kraftwegcharakteristik für die eingesetzte Lithium-Ionen-Zelle 3 berücksichtigt wird.
  • In 2 sind mehrere unterschiedliche Kraftwegcharakteristiken für unterschiedliche Zellen 3 aufgetragen. Diese werden bei der Ansteuerung ebenfalls berücksichtigt. Zum einem ist eine logarithmische Kraftwegcharakteristik 14, eine lineare Kraftwegcharakteristik 15 und eine exponentielle Kraftwegcharakteristik 16 dargestellt. Die Kraftwegcharakteristiken 14, 15, 16 beschreiben dabei den Kraftverlauf zwischen einer Minimalkraft und einer Maximalkraft über einem minimalen und einem maximalen Weg.
  • Der Regelkreis kann eine Verspannung in Abhängigkeit des Ladezustandes realisieren. Dies entspricht einem dynamischen Betrieb. Ferner kann eine Verspannung über die Lebensdauer eingestellt werden, dies entspricht einem statischen Betrieb. Ferner kann eine Kombination, d.h. dynamischer und statischer Betrieb eingestellt werden. Der Arbeitsbereich kann dabei zum einem durch eine minimale Kraft und eine maximale Kraft des Aktuators 6 und einen minimalen Ladezustand in einen maximalen Ladezustand eingestellt werden. Die minimale Kraft und die maximale Kraft sowie der minimale Ladezustand und der maximale Ladezustand gibt dabei das Betriebsfenster vor, innerhalb dessen die Betriebspunkte gewählt werden können. Für den statischen Betrieb können die minimale Kraft und die maximale Kraft in Abhängigkeit der Zyklenanzahl gewählt werden. Entsprechend der Eigenschaften der verwendeten Lithium-Ionen-Zelle 3 können hier mehrere Arbeitspunkte innerhalb des Betriebsfensters eingestellt werden. Das Betriebsfenster wird hier durch eine minimale Kraft, eine maximale Kraft sowie die maximale Zyklenanzahl vorgegeben. Die minimale und die maximale Kraft sind in beiden Fällen gleich und werden von den Zelleigenschaften vorgegeben. Der Aktuator 6 wird entsprechend ausgewählt.
  • In 3 ist ein weiteres Batteriemodul 17 dargestellt, das ebenfalls ein Gehäuse 2, jedoch mit anderen Abmessungen aufweist. In dem Gehäuse 2 sind mehrere Lithium-Ionen-Zellen 3 angeordnet. Es können mehrere Lithium-Ionen-Zellen 3 vorhanden sein, insbesondere acht Lithium-Ionen-Zellen 3 vorhanden sein.
  • Die Lithium-Ionen-Zellen 3 weisen insbesondere jeweils die gleichen Abmessungen auf und sind in Form eines Stapels angeordnet, der durch die Lithium-Ionen-Zelle 3 und zwischen Lithium-Ionen-Zellen 3 angeordnete bewegliche Trennplatten 18 gebildet ist. Insbesondere ist das Gehäuse 2 derart ausgestaltet, dass der Stapel, bestehend aus den Lithium-Ionen-Zellen 3 und den Trennplatten 18, anliegend umschlossen ist. Eine endseitige Zelle 3 ist dabei an einer Wand 5 des Gehäuses 2 abgestützt und eine endseitige Zelle 3 des Stapels ist an der beweglichen Platte 4 abgestützt. Die bewegliche Platte 4 wird mittels des Aktuators 6 betätigt. Der Aktuator 6 ist wiederum durch Wand 7 des Gehäuses 2 abgestützt. Die anderen Wände 8, 9 des Gehäuses 2 sind an der Längsseite des Stapels abgestützt. Bezüglich der weiteren Beschreibung darf auf die 1 verwiesen werden.
  • Im Folgenden darf auf ein Batteriemodul 19 anhand von 4 und ein Batteriemodul 10 anhand von 5 eingegangen werden. Das Batteriemodul 19 weist eine Lithium-Ionen-Zelle 3 und das Batteriemodul 20 weist mehrere Lithium-Ionen-Zellen 3 auf. Diese sind jeweils wiederum an einem Gehäuse 2 angeordnet und mittels einer beweglichen Platte 4 gegen das Gehäuse 2 bzw. gegeneinander verspannbar. Im Unterschied zu den vorherigen Ausgestaltungen wirkt der Aktuator 6 nun nicht mehr in Längsrichtung, d.h. in Richtung des Stapels bzw. zwischen den Wänden 5 und 7, sondern in Querrichtung, d.h. zwischen den Wänden 8 und 9, verschoben. De Kraft des Aktuators 6 wird dabei über eine Keilanordnung 21 umgelenkt. Der Keil 21 dient zur Wandlung von der Z-Bewegung in eine Bewegung in X-Richtung. Der Keil 21 ist dabei in dem Hohlraum 10 angeordnet. Die bewegliche Spannplatte weist ebenfalls eine Keilbereich 22 auf, der mit dem Keil 21 zusammen wirkt. Wenn nun der Keil 21 durch den Aktuator 6 in Richtung der Wand verschoben wird, so wird der Keil 21 gegen den Keilbereich 22 gedrückt, wodurch die bewegliche Platte 4 in Richtung des Stapels bzw. der Lithium-Ionen-Zelle 3 gedrückt wird. Technologiebedingt können mit Piezoaktuoren 6 definierte Längenänderungen bzw. Kräfte erzeugt werden, wenn größere Längenänderungen bzw. Kräfte benötigt werden, können einzelne Aktoren gestapelt werden. Die hier dargestellte Ausgestaltung ist jedoch vorteilhaft, da ein gestapelte Piezoaktuatoren durch seine Höhe nicht mehr für den Einsatz, wie es in 1 und 3 dargestellt ist, geeignet sein können. Hier kann der Piezoaktuator 6 mittels des Keils 21 anders angeordnet werden, so dass der Bauraumbedarf in Z-Richtung verschoben wird.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Batteriemodul
    2
    Gehäuse
    3
    Lithium-Ionen-Zelle
    4
    Platte
    5
    Wand
    6
    Aktuator
    7
    Wand
    8
    Wand
    9
    Wand
    10
    Hohlraum
    11
    Ansteuerung
    12
    Batteriemanagementsystem
    13
    Messgröße
    14
    logarithmische Kraftwegcharakteristik
    15
    lineare Kraftwegcharakteristik
    16
    exponentielle Kraftwegcharakteristik
    17
    Batteriemodul
    18
    Trennplatte
    19
    Batteriemodul
    20
    Batteriemodul
    21
    Keil
    22
    Keilbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2015/0134172 A1 [0003]
    • US 2015/0180076 A1 [0004]
    • DE 102010006390 A1 [0005]
    • EP 2526580 B1 [0005]
    • WO 2013/188004 A1 [0006]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls (1, 17, 19, 20) mit mindestens einer Zelle (3), wobei mittels eines Aktuators (6) ein Druck auf die mindestens eine Zelle (3) ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in Abhängigkeit eines Ist-Zustandes der Zelle (3) mittels eines Regelkreises eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Kennfeld eine dem Ist-Zustand zugeordnete Verspannung der mindestens einen Zelle (3) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zelle (3) die Systemgrößen Spannung, Strom und/oder Temperatur gemessen werden und anhand dieser Systemgrößen der Ist-Zustand der Zelle (3) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens eine Zelle (3) zugeordnete Kraft-Weg-Charakteristik zur Ansteuerung des Aktuators (6) verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Regelkreises eine Verspannung in Abhängigkeit des Ladezustands realisierbar ist.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenwiderstand und eine aktuell verfügbare Kapazität bestimmt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Regelkreis eine Verspannung über die Lebensdauer einstellbar ist.
  8. Batteriemodul, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren der vorstehenden Ansprüche, mit mindestens einer Zelle (3), wobei mittels eines Aktuators (6) ein Druck auf die mindestens eine Zelle (3) ausübbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zelle als Lithium-Ionen-Zelle (3) mit flüssigem Elektrolyt oder Polymer-Elektrolyt oder mit gelartigem Elektrolyt ausgebildet ist, wobei der Aktuator (6) als Piezoaktuator ausgebildet ist, wobei durch den Piezoaktuator (6) eine Kraft auf die Elektroden der mindestens einen Zelle (3) ausübbar ist.
  9. Batteriemodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Keilanordnung mit einem Keil (21) funktional wirksam zwischen dem Piezoaktuator (6) und der mindestens einen Lithium-Ionen-Zelle (3) angeordnet ist, wobei mittels der Keilanordnung die Kraft eines in Querrichtung wirkenden Piezoaktuators (6) in eine Kraft auf die mindestens eine Lithium-Ionen-Zelle (3) wirkende Kraft umsetzbar ist.
DE102018103305.2A 2018-02-14 2018-02-14 Batteriemodul mit mindestens einer Zelle und Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls Ceased DE102018103305A1 (de)

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