DE102022114024A1 - Experimental device and method for detecting a measured variable of a battery cell - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Versuchsvorrichtung zum Erfassen einer Messgröße, insbesondere einer elektrischen oder elektrochemischen Messgröße, einer Batteriezelle, wobei die Versuchsvorrichtung aufweist: (i) eine Aufnahmeeinrichtung, in der die Batteriezelle aufgenommen werden kann; (ii) wobei die Aufnahmeeinrichtung einen Mechanismus aufweist, der konfiguriert ist, auf die Batteriezelle eine mechanische Kraft auszuüben; (iii) eine erste Erfassungseinrichtung, insbesondere eine Kraftmessdose, eine Druckmessfolie oder ein Dehnmessstreifen, die konfiguriert ist, die ausgeübte mechanische Kraft zu erfassen; (iv) eine zweite Erfassungseinrichtung, die konfiguriert ist, die Messgröße der Batteriezelle zu erfassen, wobei die Messgröße erfasst wird, wenn die erfasste Kraft im Wesentlichen einer vorbestimmten Kraft entspricht The invention relates to an experimental device for detecting a measured variable, in particular an electrical or electrochemical measured variable, of a battery cell, the experimental device having: (i) a recording device in which the battery cell can be accommodated; (ii) wherein the receiving device includes a mechanism configured to apply a mechanical force to the battery cell; (iii) a first detection device, in particular a load cell, a pressure measuring film or a strain gauge, which is configured to detect the applied mechanical force; (iv) a second detection device configured to detect the measured variable of the battery cell, the measured variable being detected when the detected force substantially corresponds to a predetermined force
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Versuchsvorrichtung und ein Verfahren, insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren, zum Erfassen einer Messgröße einer Batteriezelle.The present invention relates to a test device and a method, in particular a computer-implemented method, for detecting a measured variable of a battery cell.
Auf dem Gebiet der Batteriezellen sind insbesondere zylindrische, prismatische und pouch-förmige Lithium-Ionen Batteriezellen bekannt. Bei diesen Batteriezellen kann ein Energiespeicher und damit verbundene Elektroden innerhalb eines Zellgehäuses angeordnet sein. Über vorgesehene elektrische Verbindungen mit den Elektroden kann eine elektrische Leistung von außerhalb des Zellgehäuses abgegriffen werden. Der Energiespeicher kann chemische Verbindungen aufweisen, die zu Gasemissionen innerhalb des Zellgehäuses führen können. Bei gleichzeitiger hoher Temperatur kann innerhalb des Zellgehäuses ein hoher Druck entstehen, wodurch sich eine Gefahr eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) der Batteriezelle erhöht. Bei einem Batteriezellenstapel bzw. einem Batteriezellenmodul, das mehrere benachbart zueinander angeordnete Batteriezellen aufweist, kann ein thermisches Durchgehen einer Batteriezelle auf hierzu benachbart angeordnete Batteriezelle übergreifen. Im Ergebnis kann das Batteriezellenmodul vollständig zerstört werden. Es sind Versuchsvorrichtungen bekannt, bei denen das thermische Durchgehen von Batteriezellen untersucht wird. Dabei soll das Batteriezellenmodul unter Bedingungen untersucht werden, die möglichst nahe an den Bedingungen des Batteriezellenmoduls im Betrieb bzw. einer realen Integrationsumgebung wie einem Batteriespeicher liegen. Dabei ist bekannt, dass sich eine Batteriezelle im Laufe ihrer Lebensdauer ausdehnt. Dies führt dazu, dass die Batteriezelle in ihrem Gehäuse verpresst angeordnet ist. Um dies in der Versuchsvorrichtung widerzuspiegeln, wird auf eine im Wesentlichen neue Batteriezelle von außen eine mechanische Kraft ausgeübt. Dabei kann die mechanische Kraft mit einer Wegstrecke eines kraftausübenden Elements in Richtung des Gehäuses der Batteriezelle korrelieren. Durch die bekannte Wegstrecke soll diese Ausübung der mechanischen Kraft für Versuche mit weiteren Batteriezellen reproduziert werden können. Allerdings kann hierbei die ausgeübte Kraft beispielsweise bei unterschiedlichen Batteriezellen-Strukturen und unterschiedlichen Materialien unterschiedlich sein.In the field of battery cells, cylindrical, prismatic and pouch-shaped lithium-ion battery cells are particularly known. In these battery cells, an energy storage device and associated electrodes can be arranged within a cell housing. Electrical power can be tapped from outside the cell housing via provided electrical connections to the electrodes. The energy storage may have chemical compounds that can lead to gas emissions within the cell housing. If the temperature is high at the same time, high pressure can arise within the cell housing, which increases the risk of thermal runaway of the battery cell. In the case of a battery cell stack or a battery cell module that has a plurality of battery cells arranged adjacent to one another, thermal runaway of a battery cell can spread to battery cells arranged adjacent to it. As a result, the battery cell module can be completely destroyed. Experimental devices are known in which the thermal runaway of battery cells is examined. The battery cell module should be examined under conditions that are as close as possible to the conditions of the battery cell module in operation or a real integration environment such as a battery storage system. It is known that a battery cell expands over its lifespan. This results in the battery cell being arranged in a pressed manner in its housing. To reflect this in the experimental device, a mechanical force is applied to a substantially new battery cell from the outside. The mechanical force can correlate with a distance of a force-exerting element in the direction of the housing of the battery cell. Due to the known distance, this exercise of mechanical force should be able to be reproduced for experiments with other battery cells. However, the force exerted can be different, for example with different battery cell structures and different materials.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Versuchsvorrichtung zum Erfassen einer Messgröße einer Batteriezelle bereitzustellen, bei der eine Wiederholbarkeit von Versuchsbedingungen verbessert wird.The present invention is based on the object of providing a test device for detecting a measured variable of a battery cell, in which the repeatability of test conditions is improved.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.A solution to this problem is achieved in accordance with the teaching of the independent claims. Various embodiments and developments of the invention are the subject of the subclaims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Versuchsvorrichtung zum Erfassen einer Messgröße, insbesondere einer elektrischen Messgröße und/oder einer Temperatur, einer Batteriezelle, wobei die Versuchsvorrichtung aufweist: (i) eine Aufnahmeeinrichtung, in der die Batteriezelle aufgenommen werden kann; (ii) wobei die Aufnahmeeinrichtung einen Mechanismus aufweist, der konfiguriert ist, auf die Batteriezelle eine mechanische Kraft auszuüben; (iii) eine erste Erfassungseinrichtung, insbesondere eine Kraftmessdose, eine Druckmessfolie oder ein Dehnmessstreifen, die konfiguriert ist, die ausgeübte mechanische Kraft zu erfassen; (iv) und eine zweite Erfassungseinrichtung, die konfiguriert ist, die Messgröße der Batteriezelle zu erfassen, wobei die Messgröße erfasst wird, wenn die erfasste Kraft im Wesentlichen einer vorbestimmten Kraft entspricht.A first aspect of the invention relates to an experimental device for detecting a measured variable, in particular an electrical measured variable and/or a temperature, of a battery cell, the experimental device having: (i) a recording device in which the battery cell can be accommodated; (ii) wherein the receiving device includes a mechanism configured to apply a mechanical force to the battery cell; (iii) a first detection device, in particular a load cell, a pressure measuring film or a strain gauge, which is configured to detect the applied mechanical force; (iv) and a second detection device configured to detect the measured variable of the battery cell, wherein the measured variable is detected when the detected force substantially corresponds to a predetermined force.
Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.The terms “comprises,” “includes,” “includes,” “has,” “has,” “with,” or any other variation thereof, as may be used herein, are intended to cover non-exclusive inclusion. For example, a method or device that includes or has a list of elements is not necessarily limited to those elements, but may include other elements that are not expressly listed or that are inherent to such method or device.
Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).Furthermore, unless expressly stated to the contrary, “or” refers to an inclusive or and not an exclusive “or”. For example, a condition A or B is satisfied by one of the following conditions: A is true (or present) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or present), and both A and B are true (or present).
Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.The terms “a” or “an” as used herein are defined to mean “one or more”. The terms “another” and “another” as well as any other variant thereof are to be understood in the sense of “at least one further”.
Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.The term “plural” as used herein is to be understood in the sense of “two or more”.
Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon) ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.For the purposes of the invention, the term “configured” or “set up” to fulfill a specific function (and respective modifications thereof) is understood to mean that the corresponding device is already in a configuration or setting in which it performs the function or at least it can be set - ie configurable - in such a way that it can carry out the function after the appropriate setting. The configuration can be carried out, for example, by appropriately setting parameters of a process flow or switches or the like to activate or deactivate functionalities or settings. In particular, the device can have several predetermined configurations or operating modes, so that the configuration can be carried out by selecting one of these configurations or operating modes.
Durch die Versuchsvorrichtung nach dem ersten Aspekt kann erreicht werden, dass während einer Erfassung einer Messgröße der Batteriezelle, eine vorbestimmte Kraft auf die Batteriezelle ausgeübt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass bei Erfassungen von Messgrößen von mehreren Batteriezellen, die nacheinander in die Aufnahmevorrichtung aufgenommen werden, jeweils die gleiche Kraft auf die Batteriezelle ausgeübt werden kann. Dadurch erfolgen die Erfassungen der Messgrößen unter den gleichen Bedingungen, wodurch die erfassten Messgrößen der mehreren Batteriezellen miteinander verglichen werden können. Ebenso ist es denkbar, dass anstatt einer Batteriezelle auch mehrere Batteriezellen, die einen Batteriezellenstapel bzw. ein Batteriezellenmodul ausbilden, in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen werden, und die Messgrößen des Batteriezellenstapels, der insbesondere fünf Batteriezellen aufweisen kann, erfasst werden.The test device according to the first aspect can ensure that a predetermined force is exerted on the battery cell while a measured variable of the battery cell is being detected. This makes it possible to ensure that the same force can be exerted on the battery cell when recording measured variables from several battery cells that are taken into the recording device one after the other. As a result, the measured variables are recorded under the same conditions, which means that the measured variables recorded from the several battery cells can be compared with one another. It is also conceivable that instead of one battery cell, several battery cells, which form a battery cell stack or a battery cell module, are recorded in the recording device, and the measured variables of the battery cell stack, which can in particular have five battery cells, are recorded.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Versuchsvorrichtung beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.Preferred embodiments of the experimental device are described below, which can be combined in any way with each other and with the other aspects of the invention described, unless this is expressly excluded or is technically impossible.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Versuchsvorrichtung eine Auslöseeinrichtung auf, die konfiguriert ist, einen Temperaturanstieg der Batteriezelle herbeizuführen, insbesondere einen Temperaturanstieg, der zu einem Abbrennen der Batteriezelle führen kann. Dadurch kann aktiv ein Temperaturanstieg herbeigeführt werden. Dadurch kann während eines Temperaturanstiegs die Messgröße der Batteriezelle erfasst werden.In some embodiments, the test device has a triggering device that is configured to cause a temperature increase of the battery cell, in particular a temperature increase that can lead to the battery cell burning off. This can actively cause a temperature increase. This allows the measured variable of the battery cell to be recorded during a temperature increase.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Auslöseeinrichtung einen Gegenstand, insbesondere einen Nagel, mit einem sich zuspitzenden Ende auf, so dass der Gegenstand mittels Kraftausübung durch eine Gehäusewand eines Gehäuses der Batteriezelle in die Batteriezelle eindringen kann, wodurch ein elektrischer Kurzschluss in der Batteriezelle ausgelöst werden kann. Durch diesen elektrischen Kurzschluss kann eine chemische Reaktion ausgelöst werden, die einen Temperaturanstieg in der Batteriezelle zur Folge hat. Dadurch wird ermöglicht, durch eine mechanische Konstruktion und eine mechanische Wechselwirkung des Gegenstands mit der Batteriezelle, einen elektrischen Kurzschluss auszulösen. Dadurch kann die darauffolgende Temperaturerhöhung mit einfachen Mitteln ausgelöst werden. Weiterhin wird das Eindringen des Gegenstands in die Batteriezelle erleichtert, da das zugespitzte Ende die Gehäusewand leichter durchdringen kann als beispielsweise ein stumpfes Ende.In some embodiments, the triggering device has an object, in particular a nail, with a tapering end, so that the object can penetrate through a housing wall of a housing of the battery cell into the battery cell by applying force, whereby an electrical short circuit in the battery cell can be triggered. This electrical short circuit can trigger a chemical reaction that causes the temperature in the battery cell to rise. This makes it possible to trigger an electrical short circuit through a mechanical design and a mechanical interaction of the object with the battery cell. This means that the subsequent temperature increase can be triggered using simple means. Furthermore, the penetration of the object into the battery cell is made easier because the pointed end can penetrate the housing wall more easily than, for example, a blunt end.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Versuchseinrichtung eine mechanisch wirkende Antriebseinheit, insbesondere einen Aktuator, auf, wodurch die Kraftausübung auf den Gegenstand erfolgt, wobei die mechanisch wirkende Antriebseinheit konfiguriert ist, so dass durch die Kraftausübung der Gegenstand durch die Gehäusewand des Gehäuses der Batteriezelle in die Batteriezelle mit einer vorbestimmten Eindringtiefe in die Batteriezelle eindringen kann. Dadurch kann eine Eindringtiefe festgelegt werden, durch die zuverlässig ein elektrischer Kurzschluss erreicht werden. Weiterhin kann durch die vorbestimmte Eindringtiefe erreicht werden, dass die Eindringtiefe, und damit eine Versuchsrandbedingung, reproduzierbar ist.In some embodiments, the test device has a mechanically acting drive unit, in particular an actuator, whereby the force is exerted on the object, the mechanically acting drive unit being configured so that the object is pushed through the housing wall of the housing of the battery cell into the battery cell by the application of force can penetrate into the battery cell with a predetermined penetration depth. This allows a penetration depth to be determined through which an electrical short circuit can be reliably achieved. Furthermore, the predetermined penetration depth can ensure that the penetration depth, and thus a test boundary condition, is reproducible.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Gegenstand ein elektrisch leitendes Material auf. Dadurch kann der elektrische Kurzschluss besser herbeigeführt werden, da der Gegenstand selbst zwischen elektrisch leitenden Polen in der Batteriezelle eine elektrische Verbindung herstellen kann.In some embodiments, the article comprises an electrically conductive material. This allows the electrical short circuit to be brought about better, since the object itself can establish an electrical connection between electrically conductive poles in the battery cell.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Auslöseeinrichtung eine Heizeinrichtung, insbesondere einen Heizdraht oder eine Heizplatte, auf, die konfiguriert ist, die Temperatur der Batteriezelle wenigstens bis zu einem Wert zu erhöhen, bei dem ein Abbrennen der Batteriezelle ausgelöst wird. Dadurch kann die Temperatur der Batteriezelle erhöht werden, ohne das Gehäuse der Batteriezelle mechanisch zu beschädigen.In some embodiments, the triggering device has a heating device, in particular a heating wire or a heating plate, which is configured to increase the temperature of the battery cell at least up to a value at which burning of the battery cell is triggered. This allows the temperature of the battery cell to be increased without causing mechanical damage to the battery cell housing.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Aufnahmevorrichtung ein bewegliches Element auf, das durch den Mechanismus in Richtung der Batteriezelle bewegbar ist, und wodurch die mechanische Kraft auf die Batteriezelle ausgeübt werden kann. Dadurch ist die Aufnahmeeinrichtung zusätzlich zur Aufnahme der Batteriezelle geeignet, eine Kraft auf die Batteriezelle auszuüben, wodurch ein zusätzliches Bauteil vermieden wird.In some embodiments, the receiving device includes a movable element that is movable toward the battery cell by the mechanism and whereby the mechanical force can be applied to the battery cell. As a result, in addition to receiving the battery cell, the receiving device is suitable for exerting a force on the battery cell, thereby avoiding an additional component.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Versuchsvorrichtung ein Gehäuse, in dem die Aufnahmevorrichtung angeordnet ist, und einen Drucksensor zur Messung eines Gasdrucks in dem Gehäuse, auf. Dadurch eine Druckerhöhung innerhalb des Gehäuses erfasst werden, die insbesondere während eines Temperaturanstiegs erfolgen kann.In some embodiments, the test device has a housing in which the recording device is arranged and a pressure sensor for measuring a gas pressure in the Housing, on. As a result, a pressure increase within the housing can be detected, which can occur in particular during a temperature increase.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Versuchsvorrichtung aufweisend ein Kühlelement, insbesondere eine Kühlplatte, das mit der Batteriezelle thermisch gekoppelt ist, insbesondere an der Batteriezelle befestigt ist, um die Batteriezelle zu kühlen. Dadurch kann die erfasste Messgröße der Batteriezelle in Abhängigkeit einer Kühlung der Batteriezelle durch das Kühlelement. Dies kann insbesondere bei einem Temperaturanstieg relevant sein.In some embodiments, the test device has a cooling element, in particular a cooling plate, which is thermally coupled to the battery cell, in particular attached to the battery cell, in order to cool the battery cell. As a result, the measured variable of the battery cell can be recorded depending on the cooling of the battery cell by the cooling element. This can be particularly relevant if there is an increase in temperature.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Versuchsvorrichtung eine Mehrzahl von Batteriezellen, insbesondere fünf Batteriezellen, und wenigstens ein Abstandselement, insbesondere ein thermisch isolierendes Abstandselement auf, wobei die Mehrzahl von Batteriezellen nebeneinander angeordnet sind, und wobei zwischen jeweils zwei nebeneinander angeordnete Batteriezellen ein Abstandselement angeordnet ist. In some embodiments, the test device has a plurality of battery cells, in particular five battery cells, and at least one spacer element, in particular a thermally insulating spacer element, wherein the plurality of battery cells are arranged next to one another, and a spacer element is arranged between each two battery cells arranged next to one another.
Dadurch kann eine Auswirkung eines Abstandselements auf die Messwerte ermittelt werden.This allows the effect of a distance element on the measured values to be determined.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Versuchsvorrichtung eine Mehrzahl von Aufnahmeeinrichtungen, die insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, auf, in denen jeweils wenigstens eine Batteriezelle aufgenommen werden kann. Dadurch kann die Erfassung der Messgröße bei einem mehrreihigen und mehrzelligen Batteriezellen-System bzw. Batteriezellen-Modul ermöglicht werden.In some embodiments, the test device has a plurality of receiving devices, which are in particular arranged parallel to one another, in each of which at least one battery cell can be accommodated. This makes it possible to record the measured variable in a multi-row and multi-cell battery cell system or battery cell module.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren, zum Erfassen einer Messgröße einer Batteriezelle, mit folgenden Schritten: (i) Aufnehmen einer Batteriezelle in einer Aufnahmevorrichtung; (ii) Ausüben einer mechanischen Kraft auf die Batteriezelle durch die Aufnahmevorrichtung; (iii) Erfassen der ausgeübten mechanischen Kraft durch eine erste Erfassungseinrichtung; (iv) Vergleichen der erfassten ausgeübten Kraft mit einer vorbestimmten mechanischen Kraft; (v) Erfassen einer Messgröße einer Batteriezelle durch eine zweite Erfassungseinrichtung, wenn der Vergleich ergeben hat, dass die erfasste ausgeübte Kraft im Wesentlichen der vorbestimmten mechanischen Kraft entspricht.A second aspect of the invention relates to a method, in particular a computer-implemented method, for detecting a measured variable of a battery cell, with the following steps: (i) recording a battery cell in a recording device; (ii) applying a mechanical force to the battery cell through the receiving device; (iii) detecting the applied mechanical force by a first detection device; (iv) comparing the detected applied force with a predetermined mechanical force; (v) detecting a measured variable of a battery cell by a second detection device if the comparison has shown that the detected applied force essentially corresponds to the predetermined mechanical force.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.Preferred embodiments of the method are described below, which can be combined in any way with each other and with the other aspects of the invention described, unless this is expressly excluded or is technically impossible.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner auf, Auslösen eines Temperaturanstiegs der Batteriezelle durch eine Auslöseeinrichtung. Dadurch kann der Temperaturanstieg aktiv initiiert werden, wodurch eine verbesserte Koordination mit der Erfassung der Messgrößen erfolgen kann.In some embodiments, the method further comprises triggering a temperature increase of the battery cell by a triggering device. This means that the temperature increase can be actively initiated, which allows for improved coordination with the recording of the measured variables.
Bei einigen Ausführungsformen erfolgt ein Erfassen der Messgröße der Batteriezelle während des Temperaturanstiegs. Dadurch kann die Messgröße in Abhängigkeit des Temperaturanstiegs erfasst werden, wodurch Rückschlüsse der Temperaturabhängigkeit der Batteriezelle ermöglicht werden.In some embodiments, the measured variable of the battery cell is detected during the temperature increase. This allows the measurement variable to be recorded as a function of the temperature increase, allowing conclusions to be drawn about the temperature dependence of the battery cell.
Bei einigen Ausführungsformen wird während des Temperaturanstiegs, eine Kraft durch die erste Erfassungseinrichtung erfasst. Dadurch kann zusätzlich bestimmt werden, in welchem Maße sich die Batteriezelle aufgrund des Temperaturanstiegs weiter ausdehnt.In some embodiments, during the temperature rise, a force is detected by the first sensing device. This also makes it possible to determine to what extent the battery cell expands further due to the increase in temperature.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.The features and advantages explained in relation to the first aspect of the invention also apply accordingly to the further aspects of the invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.Further advantages, features and possible applications of the present invention result from the following detailed description in connection with the figures.
Dabei zeigt
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1 schematisch einen Batteriezellenstapel mit Abstandselementen; -
2 schematisch einen Batteriezellenstapel mit Messsensoren; -
3A und3B schematisch eine Aufnahmevorrichtung in einer Draufsicht und einer Seitenansicht; -
4 schematisch eine Versuchsvorrichtung; und -
5 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 schematically a battery cell stack with spacer elements; -
2 schematically a battery cell stack with measuring sensors; -
3A and3B schematically a recording device in a top view and a side view; -
4 schematically an experimental device; and -
5 a flowchart to illustrate a preferred embodiment of the method according to the invention.
In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.In the figures, the same reference numerals are used throughout for the same or corresponding elements of the invention.
In
In
In den
Auf einer Seite der flexiblen Druckplatte 340, die in Richtung zur ersten Druckplatte 310 zeigt, ist auf der flexiblen Druckplatte 340 eine zweite elektrisch und/oder thermisch isolierende Schicht 355 angeordnet.On one side of the
In einem ersten Raumbereich, der durch die erste Druckplatte 310 bzw. die erste elektrisch und/oder thermisch isolierende Schicht 350, die flexible Druckplatte 340 bzw. die zweite elektrisch und/oder thermisch isolierende Schicht 355 sowie einen Abschnitt der Bodenplatte 330 aufgespannt wird, ist ein Batteriezellenstapel 100 angeordnet, der auf dafür vorgesehenen an der Bodenplatte 330 angeordneten Stützelementen 385 beabstandet zur Bodenplatte 330 angeordnet ist. Dadurch wird abschnittsweise zwischen dem Batteriezellenstapel 100 und der Bodenplatte 330 ein Luftspalt ausgebildet. Es sind wenigstens zwei Stützelemente 385 vorgesehen. Es ist aber auch denkbar, dass mehr als zwei Stützelemente 385, bevorzugt acht Stützelemente 385, die beabstandet zueinander angeordnet sind, verwendet werden. Ebenso ist denkbar, auf die erste elektrisch und/oder thermisch isolierende Schicht 350 und/oder auf die zweite elektrisch und/oder thermisch isolierende Schicht 355 zu verzichten.In a first spatial region, which is spanned by the
Die flexible Druckplatte 340 ist mit einer Stellschraube 360 mechanisch verbunden, so dass durch ein Drehen der Stellschraube 360 die flexible Druckplatte 340 in Richtung der ersten Druckplatte 310 bewegt werden kann, und auf einen im ersten Raumbereich angeordneten Batteriezellenstapel 100 durch die flexible Druckplatte 340 eine mechanische Kraft auf den Batteriezellenstapel 100 ausgeübt werden kann. Diese mechanische Kraft wirkt dann durch die flexible Druckplatte 340 und die hierzu gegenüberliegend angeordnete erste Druckplatte 310 auf zwei gegenüberliegende Außenwände des Batteriezellenstapels 100. Auf diese Weise erfolgt eine Verpressung des Batteriezellenstapels 100, wie es in der Praxis nach längerem Betrieb durch Anschwellen des Batteriezellenstapels 100 der Fall sein kann. Insbesondere im verpressten Zustand des Batteriezellenstapels 100 sollen Versuche bzw. Messungen an den Batteriezellen 110 mit der Versuchsvorrichtung 400, wie in
In
Der Batteriezellenstapel 100 wird in der Aufnahmevorrichtung 300 so angeordnet, dass zwischen dem Gehäuseoberteil 420 und einer Oberseite des Batteriezellenstapels 100 ein vorher festgelegter Abstand D ausgebildet wird. Darüber hinaus kann der Batteriezellenstapel 100 örtlich an verschiedenen Positionen im Gehäuse 410 angeordnet werden. Durch die Distanzleisten 430 wird der festgelegte Abstand D mit einer flexiblen Höhe eingestellt. Dadurch können reale Anbindungen dargestellt werden.The
Am Gehäuseunterteil 425 ist eine Kabeldurchführung 470 vorgesehen, so dass Kabel von außerhalb des Gehäuses 410 in das Gehäuse 410 hineingeführt werden können. Damit können die Batteriezellen 110, das Kraftmesssystem 370, die Messensoren 200, Temperatursensoren 140 oder andere Komponenten mit elektrischer Energie versorgt werden, oder auch erfasste Messsignale zu einer außerhalb des Gehäuses 410 angeordneten Auswerteeinrichtung (hier nicht gezeigt) übertragen werden.A
Am Gehäuseunterteil 425 ist ferner eine Nagelaufnahme 495 für einen Nagel 490 vorgesehen. Dadurch kann der Nagel 490 in das Gehäuse 410 hineingelangen. Der Nagel 490 ist an einem Aktuator 480 montiert, durch den der Nagel in Richtung des Gehäuses 410, durch das Gehäuseunterteil 425 und weiter durch die Bodenplatte 330 der Aufnahmevorrichtung 300 und in eine Batteriezelle 110 des Batteriezellenstapels 100 bewegt werden kann. In der Batteriezelle 110 kann der Nagel 490 einen elektrischen Kurzschluss auslösen. Dadurch werden chemische Reaktionen innerhalb der Batteriezelle 110 ausgelöst, welche wiederum zu einem Temperaturanstieg innerhalb der Batteriezelle 110 führen können. Der Temperaturanstieg kann einen Wert erreichen, bei dem ein Abbrennen der Batteriezelle 110 erfolgt, und im Weiteren kann dadurch eine zu dieser abbrennenden Batteriezelle 110 benachbarte Batteriezelle 110 ebenfalls abbrennen, wodurch ein sogenanntes thermisches Fortschreiten bzw. eine thermische Propagation erfolgt, das im Ergebnis zum vollständigen Abbrennen des Batteriezellenstapels 100 führen kann.A
Bei einem Batteriezellenstapel 100, der fünf nebeneinander angeordnete Batteriezellen 110 aufweist, wird bevorzugt bei einer der äußeren Batteriezellen 110, die jeweils nur eine benachbarte Batteriezelle 110 aufweisen, oder die mittig angeordnete Batteriezelle 110, bei der zu beiden Seiten jeweils zwei Batteriezellen 110 angeordnet sind, ein Auslösen eines Temperaturanstiegs initiiert.In a
Ebenso kann der Nagel 490 von einer anderen Position bzw. einer anderen Richtung, also beispielsweise durch den Gehäuseseitenkörper 415 in eine Batteriezelle 110 hinein bewegt werden. Weiterhin ist es denkbar, dass zur Herbeiführung eines Temperaturanstiegs in dem Batteriezellenstapel 100, der schließlich zu einem Abbrennen einer oder mehrerer Batteriezellen 110 führt, ein Heizelement 445, insbesondere ein Heizdraht oder eine Heizplatte, verwendet wird.Likewise, the
Vor, während und nach dem Auslösevorgang, also des initiierten Temperaturanstiegs bis zum Abbrennen der Batteriezelle 110, wird im Gehäuse 410 der Gasdruck durch ein Druckmesssystem 460, das im Gehäuseseitenkörper 415 angeordnet ist, gemessen. Weiterhin werden zeitlich parallel hierzu elektrische Einzelspannungen der Batteriezellen 110 durch entsprechende Messgeräte (hier nicht gezeigt) gemessen bzw. erfasst. Ebenso zeitlich parallel werden in dem Gehäuse an mehreren Positionen Temperaturmessungen durch Temperaturmessgeräte (hier nicht gezeigt) vorgenommen.Before, during and after the triggering process, i.e. the initiated temperature increase until the
Am Gehäuseseitenkörper 415 ist ein Ventil 450, insbesondere eine Berstmembran, angeordnet, durch das bei einem zu hohen Gasdruck Gas entweichen kann, und wodurch ein zu hoher Gasdruck im Gehäuse 410 verhindert werden kann.A
Am Gehäuseunterteil 425 kann zusätzlich ein Anschluss für einen Rollwagen und eine Aufnahme für einen Hebekran vorgesehen sein (hier nicht gezeigt).A connection for a trolley and a receptacle for a lifting crane can also be provided on the lower housing part 425 (not shown here).
In
In einem ersten Schritt 510 des Verfahrens erfolgt ein Aufnehmen einer Batteriezelle 110 in einer Aufnahmevorrichtung 300.In a
In einem weiteren Schritt 520 des Verfahrens erfolgt ein Ausüben einer mechanischen Kraft auf die Batteriezelle 110 durch einen Mechanismus 360 der Aufnahmevorrichtung 300.In a
In einem weiteren Schritt 530 des Verfahrens erfolgt ein Erfassen der ausgeübten mechanischen Kraft durch eine erste Erfassungseinrichtung 370.In a
In einem weiteren Schritt 540 des Verfahrens erfolgt ein Vergleichen der erfassten ausgeübten Kraft mit einer vorbestimmten mechanischen Kraft.In a
In einem weiteren Schritt 550 des Verfahrens erfolgt ein Erfassen einer Messgröße der Batteriezelle 110 durch eine zweite Erfassungseinrichtung 200, wenn der Vergleich ergeben hat, dass die erfasste ausgeübte Kraft im Wesentlichen der vorbestimmten mechanischen Kraft entspricht. Wenn der Vergleich ergeben hat, dass die erfasste ausgeübte Kraft im Wesentlichen nicht der vorbestimmten mechanischen Kraft entspricht, wird ausgeübte Kraft gemäß Schritt 520 angepasst, und gemäß Schritt 530 erfasst.In a
In einem weiteren Schritt 560 des Verfahrens erfolgt ein Auslösen einer chemischen Reaktion innerhalb der Batteriezelle 110 durch eine Auslöseeinrichtung 490, 455, wobei durch die chemische Reaktion ein Temperaturanstieg in der Batteriezelle 110 erfolgt.In a
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be noted that a large number of variations exist. It should also be noted that the exemplary embodiments described are only non-limiting examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide guidance to those skilled in the art for implementing at least one exemplary embodiment, with the understanding that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from that set forth in the appended claims the specified subject matter and its legal equivalents are deviated from.
BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST
- 100100
- BatteriezellenstapelBattery cell stack
- 110110
- BatteriezellenBattery cells
- 120120
- AbstandselementSpacer element
- 130130
- Kühlplattecooling plate
- 140140
- Temperatursensor Temperature sensor
- 200200
- MesssensorenMeasuring sensors
- 210210
- Klebeschichtadhesive layer
- 220220
- Zuganker tie rod
- 300300
- AufnahmevorrichtungRecording device
- 310, 315310, 315
- Erste und zweite DruckplatteFirst and second printing plates
- 320, 325320, 325
- Erste und zweite SeitenwandFirst and second side walls
- 330330
- Bodenplattebase plate
- 340340
- Flexible DruckplatteFlexible printing plate
- 350, 355350, 355
- Erste und zweite isolierende SchichtFirst and second insulating layers
- 360360
- Stellschraubeadjusting screw
- 370370
- KraftmesssystemForce measuring system
- 380380
- Fixierschraubefixing screw
- 385385
- Stützelemente Support elements
- 400400
- VersuchsvorrichtungExperimental device
- 410410
- GehäuseHousing
- 415415
- GehäuseseitenkörperCase side body
- 420420
- GehäuseoberteilUpper housing part
- 425425
- GehäuseunterteilLower housing part
- 430430
- DistanzleistenSpacer strips
- 440440
- DichtungenSeals
- 445445
- HeizelementHeating element
- 450450
- VentilValve
- 460460
- DruckmesssystemPressure measurement system
- 470470
- KabeldurchführungCable entry
- 480480
- Aktuatoractuator
- 490490
- Nagelnail
- 495495
- NagelaufnahmeNail recording
- DD
- Abstand Distance
- 500500
- Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen VerfahrensFlow chart to illustrate a preferred embodiment of the method according to the invention
- 510510
- Aufnehmen einer Batteriezelle in einer AufnahmevorrichtungReceiving a battery cell in a holding device
- 520520
- Ausüben einer mechanischen KraftExerting a mechanical force
- 530530
- Erfassen der ausgeübten mechanischen KraftDetecting the applied mechanical force
- 540540
- VergleichenCompare
- 550550
- Erfassen einer Messgröße der BatteriezelleDetecting a measurement of the battery cell
- 560560
- Auslösen einer chemischen ReaktionTriggering a chemical reaction
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022114024.5A DE102022114024A1 (en) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | Experimental device and method for detecting a measured variable of a battery cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022114024.5A DE102022114024A1 (en) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | Experimental device and method for detecting a measured variable of a battery cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022114024A1 true DE102022114024A1 (en) | 2023-12-07 |
Family
ID=88790565
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102022114024.5A Pending DE102022114024A1 (en) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | Experimental device and method for detecting a measured variable of a battery cell |
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---|---|
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080143337A1 (en) | 2006-12-15 | 2008-06-19 | Masato Fujikawa | Evaluation method for safety upon battery internal short circuit, evaluation device for safety upon battery internal short circuit, battery, battery pack, and manufacturing method for battery and battery pack |
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WO2020085722A1 (en) | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 주식회사 엘지화학 | Explosion pressure prediction system for medium- and large-size cell module, and method for predicting explosion pressure of medium- and large-size cell module |
WO2022019532A1 (en) | 2020-07-21 | 2022-01-27 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Apparatus for measuring battery cell capacity and method for measuring battery cell capacity |
-
2022
- 2022-06-02 DE DE102022114024.5A patent/DE102022114024A1/en active Pending
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