WO2012150017A1 - Messverfahren für eine elektrochemische energiespeichereinrichtung und messvorrichtung - Google Patents

Messverfahren für eine elektrochemische energiespeichereinrichtung und messvorrichtung Download PDF

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WO2012150017A1
WO2012150017A1 PCT/EP2012/001797 EP2012001797W WO2012150017A1 WO 2012150017 A1 WO2012150017 A1 WO 2012150017A1 EP 2012001797 W EP2012001797 W EP 2012001797W WO 2012150017 A1 WO2012150017 A1 WO 2012150017A1
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electrochemical energy
storage device
charge
measuring
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PCT/EP2012/001797
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Michael Rentzsch
Jens Meintschel
Claus-Rupert Hohenthanner
Jörg Kaiser
Denny Thiemig
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Li-Tec Battery Gmbh
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Priority to JP2014508711A priority patent/JP2014519678A/ja
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a measuring method for an electrochemical energy storage device and a measuring device, in particular for carrying out the measuring method.
  • the invention will be described in the context of essentially prismatic electrochemical cells. It should be noted, however, that the invention is independent of the
  • Geometry of the battery cells can be used.
  • a charging cycle is to be understood as meaning the charging of an electrochemical energy storage device and its subsequent discharging, for example for
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method with which knowledge about the performance of electrochemical energy storage devices can be obtained.
  • Claim 1 relates to a dining process for an electrochemical
  • Claim 5 relates to a measuring device for an electrochemical energy storage device, in particular for carrying out the measuring method. Preferred embodiments and
  • the electrochemical energy storage device is received in a receiving device (S1) and contacted (S2).
  • the electrochemical energy storage device is charged with a predetermined charging current I L (t) up to a predetermined first state of charge (S3).
  • the electrochemical energy storage device is provided with a predetermined discharge current I E (t) up to a predetermined second one
  • an electrochemical energy storage device is to be understood as meaning a device which in particular serves to deliver and absorb electrical energy in which electrical energy is converted into chemical energy or vice versa.
  • the electrochemical energy storage device is to be understood as meaning a device which in particular serves to deliver and absorb electrical energy in which electrical energy is converted into chemical energy or vice versa.
  • the electrode assembly has at least one anode and one cathode. Furthermore, the electrode assembly has a separator, wherein the separator for electrons is substantially impermeable.
  • the electrochemical energy storage device at least one or two pole contacts. Furthermore, the electrochemical energy storage device has a sheath, which delimits in particular the electrode assembly from the environment.
  • the electrode assembly is preferably as in
  • Substantially prismatic electrode stack as substantially cylindrical electrode winding, designed as a so-called.
  • Flat winding or as an electrode stack with z-shaped folded separator.
  • the electrochemical energy storage device is formed substantially cuboid and has two substantially parallel boundary surfaces.
  • a receiving device is to be understood as meaning a device which, in particular, surrounds the electrochemical energy storage device in a form-fitting, in particular non-positive, manner during the measuring process.
  • the receiving device has one or two contact devices, which are adapted to the geometry of the electrochemical energy storage device.
  • a contact device advantageously serves to contact a boundary surface of the
  • At least one investment device is plate-shaped.
  • a plate-shaped contact device advantageously serves to contact a boundary surface of a substantially parallelepiped-shaped electrochemical energy storage device and / or to contact a tempering device.
  • the receiving device has two substantially plate-shaped contact devices, which are arranged substantially parallel to each other. The particular plate-shaped contact devices are arranged relative to each other movable. Furthermore, the receiving device has a guide device.
  • Guide device is used to guide one of the investment facilities.
  • the guide device extends substantially perpendicularly from the first abutment device in the direction of the second abutment device.
  • the second abutment device is mounted in a relatively movable manner by means of the guide device.
  • the guide device has two, three or four guide columns, which pass through openings of the second
  • picking up means, in particular, that the electrochemical energy storage device is held by the receiving device during the measuring process, in particular between
  • a minimum contact pressure on a lateral surface advantageously acts
  • contacting in particular means that the pole contacts of the electrochemical energy storage device are each connected to a power supply device.
  • a power supply device Preferably, one is
  • Power management device designed as a power cable, busbar, power band or the like.
  • the state of charge is determined in particular by the ratio of the electrochemical energy storage device currently removable
  • Predetermined states of charge L are in particular integer multiples of about 0.05; preferably 0; 0.05; 0.1; 0.15; 0.2, 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45; 0.5; 0.55; 0.6; 0.65; 0.7; 0.75; 0.8; 0.85; 0.9; 0,95 and 1.
  • the first state of charge is inventively higher and the maximum charge closer than the second
  • the first state of charge in the vicinity of the nominal charge or maximum charge is selected, wherein overcharging the
  • the second state of charge is to be selected in the vicinity of the substantially complete discharge of the electrochemical energy storage device or the state of charge, in which a further discharge to damage the
  • electrochemical energy storage device leads, the so-called. Deep discharge, which is to be avoided.
  • state of charge L is the ratio of terminal voltage and theoretical voltage.
  • the full charge of an electrochemical energy storage device is also defined by the presence of a maximum allowable terminal voltage.
  • a discharged state of the electrochemical energy storage device also defined by the presence of a minimum permissible terminal voltage.
  • the minimum permissible terminal voltage is 2.5; 2.7; 3.0; 3.1; 3.2; 3.3; 3.4; 3.5; 3.6; 3.7; 3.8; 3.9; 4.0; 4.1; 4.2; 4.3; 4.4; 4.5; 4.6; 4.7; 4.8; 4.9; 5.0; 5.1; 5.2 or 5.3 V.
  • a physical parameter in the sense of the invention is to be understood as meaning, in particular, a parameter which provides information about the state of an electrochemical energy storage device.
  • Parameters are present in particular voltage, terminal voltage, current, resistance, temperature, pressure, dimensions of the electrochemical energy storage device such as length, height, thickness, diameter, weight to count. Also the power of an electrochemical
  • Energy storage device is exercised on a touching independent body, is to be understood as a physical parameter within the meaning of the invention. Also evaluated parameters, such as in particular the state of charge of an electrochemical energy storage device, are among the
  • electrochemical energy storage device Under a measuring device according to the invention is in particular a device to understand which the detection of a physical
  • the measuring device has at least one of the following measuring sensors, in particular: current meter, voltmeter, a temperature sensor, a force meter, a pressure measuring device, a displacement measuring device.
  • the measuring device has different sensors for different physical parameters.
  • the measuring device provides a voltage or a current which is representative of a measured value, particularly preferably proportional to the measured value.
  • a voltage or a current which is representative of a measured value, particularly preferably proportional to the measured value.
  • the voltage or the current suitable for further processing by a display device, output device and / or control device.
  • a charging current and / or discharge current is detected.
  • Energy storage device detected at different loads the behavior is particularly in electrical currents, current-time profiles and / or current-time integrals of interest.
  • at least one voltage is detected, in particular the terminal voltage of
  • the behavior of the electrochemical energy storage device is detected at different voltages by means of the measuring method.
  • the measurements of current measurements and voltage measurements are linked,
  • the behavior of the electrochemical energy storage device can be determined at different loads.
  • at least one temperature of the electrochemical energy storage device is detected, in particular the
  • temperatures are detected at different locations of the electrochemical energy storage device.
  • electrochemical energy storage device detected at different currents, current-time profiles and / or current-time integrals.
  • a dimensional change of the electrochemical energy storage device is detected at different states of charge, at different temperatures, under the action of a predetermined force, in particular pressing force, and / or according to current-time characteristics.
  • the "picking up" according to S1 of the electrochemical energy storage device does not necessarily precede the "contacting" according to S2.
  • S2 occurs before S1
  • electrochemical energy storage device initially to charge when their state of charge is closer to the second state of charge, as compared to the first
  • electrochemical energy storage device preferably initially
  • At least when present first state of charge and in the present second state of charge is measured according to S5.
  • the acquisition of measured values according to S5 occurs repeatedly during the charging process
  • the measured value detection according to S5 preferably takes place repeatedly during the unloading process according to SA.
  • the measured value acquisition takes place according to S5 during the charging or discharging of the electrochemical
  • the measuring method is operated such that the
  • a charging current or discharge current is temporally constant in the simplest case.
  • the charging current is temporally variable.
  • it is preferably charged with a constant current until a predetermined one
  • Terminal voltage can be measured. It is then preferably charged with a constant voltage until the charging current has a minimum value
  • the charging current is pulsed, wherein the pulse voltage increases with time progress and towards the end of the charging process
  • Target voltage assumes.
  • the discharge current is variable over time and particularly preferably adapted to Entladestromprofile from the actual supply of a consumer.
  • the discharge current has intervals
  • the discharge current corresponds to the load with a standard drive cycle.
  • Charging currents or discharge currents in particular for determining the charge states of an electrochemical energy storage device with a given nominal charge Q N [Ah], in practice also denoted by the rated capacity C [Ah], are in particular as multiples or fractional multiples of the nominal charge QN or the rated capacity C of the electrochemical energy storage device selected.
  • the charging current and the discharge current of one charging cycle or of several successive charging cycles are matched to one another:
  • charge / discharge currents are determined in a pulse shape, in particular with a current intensity corresponding to: ⁇ 4 times the rated capacity C or Q N over a period of
  • Energy storage device to limit tolerable level, both according to the current intensity and the duration of the current, in particular to counteract undesirable high temperatures.
  • Energy storage device to be designed so that a variable at different states of charge dimension not to insufficient fixation of electrochemical energy storage device in the recording leads. This is advantageous damage especially from shock or vibration
  • an electrochemical energy storage device to be designed so that a variable with different states of charge dimension does not lead to damaging forces on the electrochemical energy storage device, especially because the recording is too short and the electrochemical energy storage device would be squashed.
  • the person skilled in the art can advantageously provide space for a temporary "growth" of the electrochemical energy storage device at higher states of charge by designing the receptacle
  • Measuring method hereinafter called M1 is the electrochemical
  • Energy storage device such held in the receiving device, in particular between investment facilities that stretching the
  • electrochemical energy storage device along at least one axis, in particular along the guide device is at least inhibited in operation, preferably substantially suppressed.
  • at least one force is measured, which is exerted by the electrochemical energy storage device on the receiving device, in particular depending on different physical parameters, in particular depending on different states of charge.
  • Energy storage device such held in the receiving device, in particular between investment facilities that stretching the
  • electrochemical energy storage device along at least one axis in operation is possible.
  • an enlargement of at least one dimension of the electrochemical energy storage device along the said axis is measured, in particular dependent on different physical parameters, in particular dependent on different ones
  • the unloading takes place in accordance with predetermined current-time courses.
  • Charging currents or discharge currents in particular for determining the charge states of an electrochemical energy storage device with a given nominal charge Q N [Ah], in practice also denoted by the rated capacity C [Ah], are in particular as multiples or fractional multiples of the nominal charge QN or the rated capacity C of the electrochemical energy storage device selected.
  • the charging current and the discharge current of one charging cycle or of several successive charging cycles are matched to one another: • in particular practical driving cycles, from which the electrochemical energy storage device supplied and / or discharged
  • charge / discharge currents are determined in a pulse shape, in particular with a current intensity corresponding to:
  • the measured value is acquired during the charging or discharging of the electrochemical energy storage device depending on the supplied Q + and / or discharged charge Q .
  • the measured value is acquired during the charging or discharging of the electrochemical energy storage device depending on the supplied Q + and / or discharged charge Q .
  • the measured value is acquired during the charging or discharging of the electrochemical energy storage device depending on the supplied Q + and / or discharged charge Q .
  • at least 0, 5, 10, 20, 25, 50, 100, 200, 500, 1000 kAh or more are exchanged over many charging cycles.
  • the measured value acquisition according to S5 takes place during charging or discharging of the electrochemical energy storage device depending on the ratio of supplied Q + or discharged charge Q. above the nominal charge [Ah] or maximum charge Q N of the electrochemical energy storage device.
  • the measured value detection particularly preferably takes place when the fraction Q / Q N corresponds approximately to integer multiples of 0.1.
  • the measured value is detected during charging or discharging of the electrochemical energy storage device depending on their terminal voltage, particularly preferably at a terminal voltage of 0, 2.5; 2.7; 3.0; 3.1; 3.2; 3.3; 3.4; 3.5; 3.6; 3.7; 3.8; 3.9; 4.0; 4.1; 4.2; 4.3; 4.4; 4.5; 4.6; 4.7; 4.8; 4.9; 5.0; 5.1; 5.2 or 5.3 V.
  • the loading and unloading steps are repeated several times
  • electrochemical energy storage device a predetermined number of charge cycles, preferably 10, 20, 50, 100, 200, 500, 750, 1000, 1250, 1500, 1750, 2000 charging cycles or more. As the number of charging cycles increases, aging of the electrochemical energy storage device is achieved. With such implementation of the measuring method, it is advantageous to obtain information regarding the behavior of the electrochemical energy storage device as it ages. Dimensional changes, temperatures and / or terminal voltages of the electrochemical energy storage device are particularly preferably detected.
  • M3 a tempering of the electrochemical energy storage device takes place during the same from the
  • Recording device is received, in particular with predetermined temperature gradients. These courses are preferably obtained from the planned and / or successful operation with consumers.
  • method M3 can be combined with M1 or M2.
  • the steps are preferably obtained from the planned and / or successful operation with consumers.
  • method M3 can be combined with M1 or M2.
  • electrochemical energy storage device with temperatures of -40 ° C, -30 ° C, -20 ° C, -10 ° C, 0 ° C, 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C, 50 ° C, 60 ° C, 70 ° C, 80 ° C (please check).
  • the electrochemical energy storage device is subjected to a predetermined heat flow. Insights into the operating behavior of the electrochemical
  • Energy storage device can be obtained in cooling and / or at normal operating and higher ambient temperatures.
  • the temperature is applied at temperatures which fluctuate around a target temperature, in particular by 40 ° C.
  • the influence of a target temperature in particular by 40 ° C.
  • Cooling device to be readjusted in a vehicle.
  • the charging of a first electrochemical takes place at the same time Energy storage device and the discharge of a second electrochemical energy storage device.
  • electrical energy from the first electrochemical energy storage device is preferably supplied to a second electrochemical energy storage device.
  • losses from the conversion of electrical energy into chemical energy are compensated, in particular by a charging device (see below).
  • the at least one detected is stored
  • Measured value in a data storage device preferably together with a value which is representative of the time of the measurement.
  • a control device controls the steps S3, S4, S5, S6 and / or S7, particularly preferably based on predetermined
  • detected measured values are displayed by means of a display device and / or given to an output device.
  • the methods M1, M2 and M3 apply
  • electrochemical energy storage device comprising lithium
  • the processes according to the invention preferably find M1, M2 and M3
  • electrochemical energy storage devices which have a separator which is not or only poorly electron-conducting, and which consists of an at least partially permeable carrier.
  • the support is preferably coated on at least one side with an inorganic material.
  • an organic material is preferably used, which is preferably designed as a non-woven fabric.
  • the organic material which is preferably a polymer, and more preferably a polyethylene terephthalate (PET) is coated with an inorganic, preferably ion-conducting material, which is more preferably ion conducting in a temperature range of - 40 ° C to 200 ° C.
  • the inorganic material preferably comprises at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements Zr, Al, Li, particularly preferably zirconium oxide.
  • the inorganic, ion-conducting material preferably has particles with a largest diameter below 100 nm. Such a separator is marketed, for example, under the trade name "Separion" by Evonik AG in Germany.
  • the processes according to the invention preferably find M1, M2 and M3
  • electrochemical energy storage devices having an electrode, more preferably a cathode comprising a compound having the formula LiMP0 4 , wherein M is at least one transition metal cation of the first row of the Periodic Table of the Elements.
  • Transition metal cation is preferably selected from the group consisting of Mn, Fe, Ni and Ti or a combination of these elements.
  • the compound preferably has an olivine structure, preferably parent olivine.
  • the processes according to the invention preferably find M1, M2 and M3
  • electrochemical energy storage devices having an electrode, more preferably a cathode comprising a compound having the formula LiMP0 4 , wherein M is at least one transition metal cation of the first row of the Periodic Table of the Elements.
  • Transition metal cation is preferably selected from the group consisting of Mn, Fe, Ni and Ti or a combination of these elements.
  • the compound preferably has an olivine structure, preferably parent olivine, with Fe being particularly preferred.
  • Energy storage more preferably at least one cathode, a
  • Lithium manganate preferably spinel-type LiMn 2 O, lithium cobaltate, preferably LiCoO 2 , or lithium nickelate, preferably LiNiO 2 , or a Mixture of two or three of these oxides, or a lithium mixed oxide containing manganese, cobalt and nickel on.
  • the processes according to the invention preferably find M1, M2 and M3
  • the active material comprises a mixture of a lithium nickel manganese cobalt mixed oxide (NMC), which is not in a spinel structure, with a lithium Manganese oxide (LMO) in spinel structure includes. It is preferred that the active material comprises at least 30 mol%, preferably at least 50 mol% NMC and at least 10 mol%, preferably at least 30 mol% LMO, in each case based on the
  • NMC and LMO together account for at least 60 mole% of the active material, more preferably at least 70 mole%, more preferably at least 80 mole%, more preferably at least 90 mole%, each based on the total moles of active material of the cathodic electrode (ie not related to the cathodic electrode as a whole, which in addition to the active material still conductivity additives, binders,
  • Stabilizers etc. may include). It is further preferred that the
  • Active material consists essentially of NMC and LMO, so no other active materials in an amount of more than 2 mol% contains. It is further preferred that the material applied to the carrier in the
  • essential active material i. 80 to 95% by weight of the material deposited on the support of the cathodic electrode
  • Active material is, more preferably 86 to 93 weight percent, each based on the total weight of the material (ie based on the cathodic
  • Electrode without carrier as a whole which in addition to the active material may also comprise conductivity additives, binders, stabilizers, etc.).
  • the ratio in parts by weight of NMC as active material to LMO as Active material it is preferred that this ratio range from 9 (NMC): 1 (LMO) to 3 (NMC): 7 (LMO), with 7 (NMC): 3 (LMO) up to 3 (NMC): 7 ( LMO) is preferred and wherein 6 (NMC): 4 (LMO) up to 4 (NMC): 6 (LMO) is more preferred.
  • Inventive is also a measuring device for an electrochemical
  • the measuring device has a
  • Receiving device which is provided, at least one
  • the measuring device has a measuring device, which is provided to detect at least one physical parameter, which information about the operating state of the recorded in the receiving device
  • Measuring device to a charging device, which is provided, at least temporarily, the electrical energy stored in the receiving device to store and remove electrical energy.
  • a charging current or discharge current is temporally constant in the simplest case.
  • the charging current is temporally variable. First, it is preferably charged with a constant current until a predetermined terminal voltage can be measured. It is then preferably charged with a constant voltage until the charging current
  • the charging current is pulsed, wherein the pulse voltage increases with time progress and towards the end of the charging process assumes a target voltage.
  • the discharge current is variable over time and particularly preferably at discharge current profiles from the actual
  • the discharge current preferably corresponds to the load with a standard drive cycle.
  • the discharge current is also adapted to real environmental conditions.
  • Charging currents or discharge currents in particular for determining the charge states of an electrochemical energy storage device with a given nominal charge Q N [Ah], in practice also with the rated capacity C [Ah] are called in particular as multiples or fractional multiples of the nominal charge Q N or the nominal capacitance C of the electrochemical energy storage device selected.
  • the charging current and the discharge current of one charging cycle or of several successive charging cycles are matched to one another:
  • charge / discharge currents are determined in a pulse shape, in particular with a current intensity corresponding to:
  • Receiving device, measuring device, physical parameters have been previously described.
  • the receiving device has two substantially plate-shaped contact devices, which are arranged substantially parallel to each other.
  • the plate-shaped contact devices are arranged relative to each other in a relatively movable manner.
  • At least one of the abutment device is used in particular to contact a boundary surface of the electrochemical energy storage device or a
  • the receiving device has a
  • the guide device serves to guide one of the abutment devices.
  • the guide device extends substantially perpendicularly from the first abutment device in the direction of the second abutment device.
  • the second investment device is by means of
  • Guide device mounted relatively movable, in particular along the guide means.
  • one of the abutment devices can be connected or fixed relative to the guide device, in particular
  • the guide means comprises two, three or four guide columns, which extend through openings of the second abutment means.
  • the detachable connection between one of the abutment means and the guide means serves to realize two different ones
  • a contact device for deflecting is formed in particular as a result of a change in dimension of the electrochemical energy storage device.
  • the measuring device has an odometer, wherein the odometer in particular a Dimensional change of recorded in the receiving device electrochemical energy storage device detected, especially with increasing state of charge.
  • the contact devices have a substantially fixed distance after receiving an electrochemical energy storage device. In this case, the measuring device has a
  • a charging device is to be understood as meaning a device which serves in particular for supplying an electric current to the electrochemical energy storage device and for removing an electric current from the electrochemical energy storage device.
  • the charging device receives for loading the
  • electrochemical energy storage device electrical energy from an energy source, in particular from a power grid and / or from another in particular electrochemical energy storage device.
  • the charging device preferably emits electrical energy to an energy sink, in particular to a power grid and / or to another in particular electrochemical
  • the charging device supplies a second electrochemical energy storage device both from a first electrochemical energy storage device and a power grid.
  • the skilled person is capable of charging currents to a for the electrochemical energy storage device To limit tolerable level, both on the current and the duration of the current to meet especially undesirable high temperatures.
  • the skilled person can take measures for optimized temperature control, in particular for improved cooling of the electrochemical energy storage device.
  • the expert is capable of recording a
  • the measuring device has a force adjusting device.
  • the power control device is used to apply the accommodated in the receiving device electrochemical energy storage device with a particular predetermined force.
  • the predetermined force is used in particular the positioning of the movable abutment devices during the operating mode M2.
  • the force adjusting device serves to act on the electrochemical energy storage device accommodated in the receiving device with a force which merely serves for undesired displacement of the electrochemical energy storage device in the receiving device.
  • the measuring device has at least one tempering device.
  • the tempering device serves in particular to act on the receiving device
  • operating conditions can be adjusted in the laboratory.
  • Energy storage device thermally conductive.
  • Tempering device flows through a temperature control, electrically heated and / or controllable.
  • a temperature sensor for detecting the temperature of a pole contact of the recorded in the receiving device electrochemical energy storage device is provided and arranged.
  • the temperature of a pole contact is used to regulate the heating power of the tempering device.
  • the measuring device is designed such that it simultaneously receives two, three, four or more electrochemical energy storage devices.
  • time is saved for measuring.
  • the measuring device has a contacting device, which serves in particular for contacting the received electrochemical energy storage device. Particularly preferred is the
  • the contacting of the recorded electrochemical energy storage devices takes place in a time-saving manner.
  • the contacting device is equipped for contacting a plurality of electrochemical energy storage devices.
  • the measuring device has a particular decoupled data storage device, wherein the data storage device for
  • Storing of at least one physical parameter is provided, preferably together with a value which is representative of the
  • the data storage device is designed as a non-volatile memory, particularly preferably designed as an SD card, USB stick.
  • the measuring device has a display device, wherein the display device is provided for displaying at least one detected measured value.
  • the display device displays at the same time
  • Display device designed as a screen.
  • the measuring device has a control device, wherein the control device is provided, in particular to control the charging device and / or the measuring device.
  • the control device is designed as a particularly portable computer.
  • the measuring device 1 shows a measuring device 1 according to the invention.
  • the measuring device 1 has a receiving device 3, shown here in the opened state.
  • the receiving device 3 three electrochemical energy storage devices 21 a, 21 b, 21 c recorded.
  • electrochemical energy storage device 21 c is in thermally conductive contact with the adjacent electrochemical energy storage devices 21 a, 21 c.
  • the measuring device 1 on two sensors 4a, 4b, which are designed as odometer 4a and load cell 4b. Also, the
  • Measuring device 1 two power controller 15, wherein the power actuator 15 are designed as pneumatic cylinder.
  • Task of the power controller 15 is the
  • Actuation of the electrochemical energy storage devices 21 a, 21 b, 21 c with a predetermined force are charging device, contacting devices, control, data storage and display device.
  • the measuring device 1 has three temperature sensors, which each with a pole contact of the recorded
  • electrochemical energy storage devices 21 a, 21 b, 21 c are thermally conductively connected.
  • the three temperature sensors detect the
  • the receiving device 3 has a first contact device 3a and a second contact device 3b, which are formed as plates.
  • the design of the abutment devices 3a, 3b is due to the present prismatic form of the electrochemical energy storage devices 21a, 21b, 21c.
  • a guide device 3c with four cylindrical columns is connected to one of the abutment means 3a, in the present case by means of
  • the power plate 3e Also connected to the pillars of the guide means 3c is the upper power plate 3e.
  • the power plate 3e carries the power plate 15 and the odometer 4a.
  • the power plates 15 act on the movable
  • Yoke plate 3d The yoke plate 3d is supported by means of ball bushings movable relative to the columns of the guide device 3c.
  • the yoke plate 3d transmits the impressed force via the load cell 4b to the second abutment 3b.
  • Load cell 4b is connected to the yoke plate 3d and the second abutment 3b.
  • the odometer 4a measures in particular by means of a measuring rod which extends between the power plate 3e and the second bearing device 3b, preferably the distance between the abutment means 3a and 3b. Indirectly measures the odometer 4a advantageously a dimensional change, in this case the thickness of the electrochemical energy storage devices 21 a, 21 b, 21 c.
  • At least one electrochemical energy storage device 21 a, 21 b, 21 c is first picked up by the receiving device 3, in particular with a positive fit.
  • the at least one electrochemical energy storage device 21 a, 21 b, 21 c is first picked up by the receiving device 3, in particular with a positive fit.
  • electrochemical energy storage device 21 a, 21 b, 21 c held with a minimum clamping force F in the receiving device 3, wherein F is at least 0.1 N, 0.2 N, 0.5 N, 1 N, 2 N, 5N, 10N or more is. Subsequently, the at least one electrochemical energy storage device 21a, 21b, 21c is electrically contacted. According to a particular embodiment, the contacting of the at least one electrochemical energy storage device 21 a, 21 b, 21 c takes place before being picked up in the receiving device 3.
  • the at least one electrochemical energy storage device 21 a, 21 b, 21 c with a predetermined charging current I L (t) in a predetermined first state of charge transferred (S3).
  • the at least one electrochemical energy storage device 21 a, 21 b, 21 c is preferably charged to at least 66%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% of the nominal charge Q N [Ah].
  • the at least one electrochemical energy storage device 21 a, 21 b, 21 c with a predetermined discharge current l E (t) in a predetermined second state of charge transferred (S4).
  • the at least one electrochemical energy storage device 21 a, 21 b, 21 c is at most 66%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2% of rated charge Q N [Ah] discharged.
  • steps S3 and S5 a physical parameter which provides information about the operating state of the at least one electrochemical energy storage device 21a, 21b, 21c is in particular repeatedly measured by means of the measuring device 4, 4a, 4b.
  • the detection of the physical parameter preferably takes place periodically after time intervals of a predetermined length, in particular after elapse of at least 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1,000, 2,000, 5,000, 10,000, 20,000, 50,000 or more seconds.
  • the physical parameter is recorded after reaching predetermined charge states, in particular after reaching 66%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40 %, 35%, 30%, 25%, 20%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2% of the rated load.
  • the steps S3 and S5 are executed a plurality of times in succession.
  • the power controller 15 is controlled such that the second contact device 3b undergoes substantially no displacement during the loading and unloading operations.
  • the control device processes the signals from the odometer 4a and load cell 4b for almost unchanged position of the second contact device 3b.
  • the power controller is controlled so that it substantially compensates for the common weight of the second contact device 3b, the yoke plate 3d and the load cell 4b.

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Abstract

Gemäß dem erfindungsgemäßen Messverfahren für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung wird die elektrochemische Energiespeichereinrichtung in einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen (S1) und kontaktiert (S2). Die elektrochemische Energiespeichereinrichtung wird bis zu einem vorbestimmten ersten Ladezustand geladen (S3). Die elektrochemische Energiespeichereinrichtung wird bis zu einem vorbestimmten zweiten Ladezustand entladen (S4). Mittels einer Messeinrichtung wird zumindest ein Messwert zu einem physikalischen Parameter der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erfasst (S5), wobei der physikalische Parameter einen Rückschluss auf den Betriebszustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ermöglicht.

Description

Messverfahren für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung und Messvorrichtung
B e s c h r e i b u n g
Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2011 100 605 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messverfahren für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung und eine Messvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Messverfahrens. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit im Wesentlichen prismatischen elektrochemischen Zellen beschrieben. Es wird aber darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der
Geometrie der Batteriezellen Verwendung finden kann.
Im Zusammenhang mit wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen wird auch von Ladezyklen gesprochen. Dabei ist unter einem Ladezyklus das Aufladen einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und deren anschließendes Entladen zu verstehen, beispielsweise zum
Versorgen eines Verbrauchers, wobei je nach Konvention auch der Ladevorgang auf einen Entladevorgang folgt. Mit steigender Zahl ertragener Ladezyklen sinkt erfahrungsgemäß die Fähigkeit derartiger Energiespeichereinrichtungen, elektrische Energie aufzunehmen und abzugeben. Ein Maß für die Qualität derartiger Energiespeichereinrichtungen ist die Zahl der Ladezyklen, nach welchen die Energiespeichereinrichtung immer noch zur Aufnahme oder Abgabe eines vorbestimmten Anteils der ursprünglichen Ladungsmenge bzw. Energie in der Lage ist, oder welche die Energiespeichereinrichtung ohne nennenswerte Alterung erträgt.„Langzeitstabilität" ist vorliegend ein anderer Begriff für diese Zahl ertragbarer Ladezyklen.
Aus dem Stand der Technik sind wiederaufladbare elektrochemische
Energiespeichereinrichtungen bekannt, deren Langzeitstabilität als unzureichend empfunden wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem Erkenntnisse über das Betriebsverhalten elektrochemischer Energiespeichereinrichtungen gewonnen werden können.
Das wird erfindungsgemäß durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche erreicht. Anspruch 1 betrifft ein essverfahren für eine elektrochemische
Energiespeichereinrichtung. Anspruch 5 betrifft eine Messvorrichtung für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Messverfahrens. Zu bevorzugende Ausführungsformen und
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Gemäß dem erfindungsgemäßen Messverfahren für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung wird die elektrochemische Energiespeichereinrichtung in einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen (S1 ) und kontaktiert (S2). Die elektrochemische Energiespeichereinrichtung wird mit einem vorbestimmten Ladestrom lL(t) bis zu einem vorbestimmten ersten Ladezustand geladen (S3). Die elektrochemische Energiespeichereinrichtung wird mit einem vorbestimmten Entladestrom lE(t) bis zu einem vorbestimmten zweiten
Ladezustand entladen (S4). Mittels einer Messeinrichtung wird zumindest ein Messwert zu einem physikalischen Parameter der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung erfasst (S5), wobei der physikalische Parameter einen Rückschluss auf den Betriebszustand der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung ermöglicht. Unter einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Abgabe und Aufnahme elektrischer Energie dient, in welcher elektrische Energie in chemische Energie gewandelt wird oder umgekehrt. Dazu weist die
elektrochemische Energiespeichereinrichtung eine Elektrodenbaugruppe auf. Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest eine Anode und eine Kathode auf. Weiter weist die Elektrodenbaugruppe einen Separator auf, wobei der Separator für Elektronen im Wesentlichen undurchlässig ist. Weiter weist die
elektrochemische Energiespeichereinrichtung zumindest einen oder zwei Polkontakte auf. Weiter weist die elektrochemische Energiespeichereinrichtung eine Umhüllung auf, welche insbesondere die Elektrodenbaugruppe von der Umgebung abgrenzt. Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise als im
Wesentlichen prismatischer Elektrodenstapel, als im Wesentlicher zylindrischer Elektrodenwickel, als sog. Flachwickel, oder als Elektrodenstapel mit z-förmig gefaltetem Separatorband ausgebildet. Vorzugsweise ist die elektrochemische Energiespeichereinrichtung im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und weist zwei im Wesentlichen parallel gegenüberliegende Begrenzungsflächen auf.
Unter einer Aufnahmeeinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere die elektrochemische Energiespeichereinrichtung während des Messverfahrens formschlüssig, insbesondere kraftschlüssig umgibt. Vorzugsweise weist die Aufnahmeeinrichtung eine oder zwei Anlageeinrichtungen auf, welche an die Geometrie der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung angepasst sind. Vorteilhaft dient insbesondere eine Anlageeinrichtung der Berührung einer Begrenzungsfläche der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung. Besonders bevorzugt ist zumindest eine Anlageeinrichtung plattenförmig ausgebildet. Vorteilhaft dient insbesondere eine plattenförmige Anlageeinrichtung der Berührung einer Begrenzungsfläche einer im Wesentlichen quaderförmigen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und/oder der Berührung einer Temperiereinrichtung. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahmeeinrichtung zwei im Wesentlichen plattenförmige Anlageeinrichtungen auf, welche zueinander im Wesentlichen parallel angeordnet sind. Die insbesondere plattenförmigen Anlageeinrichtungen sind zueinander relativbeweglich angeordnet. Weiter weist die Aufnahmeeinrichtung eine Führungseinrichtung auf. Die
Führungseinrichtung dient der Führung einer der Anlageeinrichtungen.
Vorzugsweise erstreckt sich die Führungseinrichtung im Wesentlichen senkrecht aus der ersten Anlageeinrichtung in Richtung der zweiten Anlageeinrichtung. Die zweite Anlageeinrichtung ist mittels der Führungseinrichtung relativbeweglich gelagert. Besonders bevorzugt weist die Führungseinrichtung zwei, drei oder vier Führungssäulen auf, welche sich durch Öffnungen der zweiten
Anlageeinrichtung erstrecken.
Unter Aufnehmen im Sinne der Erfindung ist insbesondere zu verstehen, dass die elektrochemische Energiespeichereinrichtung während des Messverfahrens von der Aufnahmeeinrichtung gehalten ist, insbesondere zwischen
Anlageeinrichtungen. Vorteilhaft wirkt während des Messverfahrens eine mindeste Anpresskraft auf eine Mantelfläche, insbesondere eine
Begrenzungsfläche der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, insbesondere aus einer der Anlageeinrichtungen, insbesondere aus dem
Eigengewicht einer der Anlageeinrichtungen oder einem Kraftsteller. So wird einer unerwünschten Verlagerung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung während des Messverfahrens entgegengewirkt.
Unter Kontaktieren im Sinne der Erfindung ist insbesondere zu verstehen, dass die Polkontakte der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung je mit einer Stromzuführungseinrichtung verbunden werden. Vorzugsweise ist eine
Stromführungseinrichtung als Stromkabel, Stromschiene, Stromband oder dergleichen ausgebildet. Vorteilhaft kann der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung nach dem Kontaktieren elektrische Energie zugeführt oder entnommen werden. Unter einem Ladezustand L der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung im Sinne der Erfindung ist insbesondere das folgende Verhältnis zu verstehen:
Figure imgf000007_0001
wobei QN für die Nenn-Ladung [Ah] bzw. Maximalladung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und Qt für die der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung gegenwärtig entnehmbare Ladung steht. Im
Zusammenhang mit elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen ist es auch üblich, von Ladekapazität anstelle von Ladung zu sprechen. Ersatzweise ist der Ladezustand insbesondere bestimmt durch das Verhältnis aus der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gegenwärtig entnehmbaren
Energie [J] und der theoretisch maximal entnehmbaren Energie. Vorbestimmte Ladezustände L in Sinne der Erfindung sind insbesondere ganzzahlige Vielfache von etwa 0,05; bevorzugt 0; 0,05; 0,1 ; 0,15; 0,2, 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95 und 1 . Der erste Ladezustand ist erfindungsgemäß höher und der Maximalladung näher, als der zweite
Ladezustand. Vorzugsweise ist der erste Ladezustand in der Nähe der Nenn- Ladung bzw. Maximalladung gewählt, wobei ein Überladen der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung zu vermeiden ist. Vorzugsweise ist der zweite Ladezustand in der Nähe der im Wesentlichen völligen Entladung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung oder des Ladezustands zu wählen, bei welchem eine weitere Entladung zur Schädigung der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung führt, der sog. Tiefentladung, welche zu vermeiden ist.
Weiter ist unter Ladezustand L das Verhältnis aus Klemmenspannung und theoretischer Spannung zu verstehen. In der Praxis wird die vollständige Ladung einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung auch durch das Vorliegen einer maximal zulässigen Klemmenspannung definiert. Ebenso wird ein entladener Zustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung auch durch das Vorliegen einer mindesten, zulässigen Klemmenspannung definiert. Vorzugsweise beträgt die mindeste, zulässige Klemmenspannung 2,5; 2,7; 3,0; 3,1 ; 3,2; 3,3; 3,4; 3,5; 3,6; 3,7; 3,8; 3,9; 4,0; 4,1 ; 4,2; 4,3; 4,4; 4,5; 4,6; 4,7; 4,8; 4,9; 5,0; 5,1 ; 5,2 oder 5,3 V.
Unter einem physikalischen Parameter im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Parameter zu verstehen, welcher Aufschluss über den Zustand einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gibt. Unter physikalische
Parameter sind vorliegend insbesondere Spannung, Klemmenspannung, Strom, Widerstand, Temperatur, Druck, Abmaße insbesondere der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung wie Länge, Höhe, Dicke, Durchmesser, Gewicht zu zählen. Auch die Kraft, die von einer elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung auf einen berührenden unabhängigen Körper ausgeübt wird, ist als physikalischer Parameter im Sinne der Erfindung zu verstehen. Auch ausgewertete Parameter, wie insbesondere der Ladezustand einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, zählen zu den
physikalischen Parametern im Sinne der Erfindung. Eine Kombination physikalischer Parameter charakterisiert einen Betriebszustand der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung. Unter einer Messeinrichtung im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche der Erfassung eines physikalischen
Parameters dient. Vorzugsweise weist die Messeinrichtung zumindest einen der nachfolgenden Messfühler auf, insbesondere: Strommesser, Spannungsmesser, einen Temperaturfühler, einen Kraftmesser, eine Druckmesseinrichtung, eine Wegmesseinrichtung. Besonders bevorzugt weist die Messeinrichtung verschiedene Messfühler für verschiedene physikalische Parameter auf.
Vorzugsweise stellt die Messeinrichtung eine Spannung oder einen Strom zur Verfügung, welcher stellvertretend für einen Messwert ist, besonders bevorzugt proportional zum Messwert ist. Vorteilhaft sind die Spannung oder der Strom zur Weiterverarbeitung durch eine Anzeigeeinrichtung, Ausgabeeinrichtung und/oder Steuereinrichtung geeignet.
Vorzugsweise wird ein Ladestrom und/oder Entladestrom erfasst. Vorteilhaft wird mittels des Messverfahrens das Verhalten der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung bei verschiedenen Belastungen erfasst, wobei das Verhalten insbesondere bei elektrischen Strömen, bei Strom-Zeit-Verläufen und/oder Strom-Zeit-Integralen von Interesse ist. Vorzugsweise wird zumindest eine Spannung erfasst, insbesondere die Klemmenspannung der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung. Vorteilhaft wird mittels des Messverfahrens das Verhalten der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bei verschiedenen Spannungen erfasst. Wenn die Messwerte der Strommessungen und der Spannungsmessungen verknüpft werden,
insbesondere zum Innenwiderstand, dann kann vorteilhaft das Verhalten der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bei verschiedenen Belastungen festgestellt werden. Vorzugsweise wird zumindest eine Temperatur der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erfasst, insbesondere die
Temperatur eines Polkontaktes der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung. Besonders bevorzugt werden Temperaturen an verschiedenen Orten der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erfasst. Vorteilhaft wird mittels des Messverfahrens das Verhalten der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bei verschiedenen Strömen, nach Strom-Zeit-Verläufen und/oder nach Strom-Zeit-Integralen erfasst.
Vorzugsweise wird zumindest eine Dimensionsänderung der in der
Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung erfasst. Vorteilhaft wird mittels des Messverfahrens eine Dimensionsänderung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bei verschiedenen Ladezuständen, bei verschiedenen Temperaturen, unter Beaufschlagung mit einer vorbestimmten Kraft, insbesondere Verpresskraft, und/oder nach Strom-Zeit-Verläufen erfasst. Erfindungsgemäß geht das„Aufnehmen" gemäß S1 der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nicht zwingend dem„Kontaktieren" gemäß S2 voran. Abhängig von der Ausbildung der Messvorrichtung erfolgt S2 vor S1 ,
insbesondere zum Erleichtern der Kontaktierung. Erfindungsgemäß erfolgt S2 vor S3 und S4. Weiter Erfmdungsgemäß geht das „Laden" gemäß S3 der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nicht zwingend dem„Entladen" gemäß S4 voran. Vorzugsweise ist die
elektrochemische Energiespeichereinrichtung zunächst zu Laden, wenn ihr Ladezustand näher zum zweiten Ladezustand liegt, als zum ersten
Ladezustand. Wenn der Ladezustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung aber näher zum ersten Ladezustand liegt, so ist die
elektrochemische Energiespeichereinrichtung vorzugsweise zunächst zu
Entladen.
Zumindest bei vorliegendem ersten Ladezustand und bei vorliegendem zweiten Ladezustand wird gemessen gemäß S5. Vorzugsweise erfolgt das Erfassen von Messwerten gemäß S5 wiederholt während des Ladevorgangs der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gemäß S3. Vorzugsweise erfolgt die Messwerterfassung gemäß S5 wiederholt während des Entladevorgangs gemäß SA. Besonders bevorzugt erfolgt die Messwerterfassung gemäß S5 während des Ladens oder Entladens der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung periodisch nach Zeitintervallen vorbestimmter Länge, insbesondere jeweils nach Verstreichen von wenigstens 1 , 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1 .000, 2.000, 5.000, 10.000, 20.000, 50.000 oder mehr Sekunden. Erfindungsgemäß wird das Messverfahren derart betrieben, dass die
elektrochemische Energiespeichereinrichtung sowohl den ersten Ladezustand als auch den zweiten Ladezustand annimmt. Erfindungsgemäß ist ein Ladestrom oder Entladestrom im einfachsten Fall zeitlich konstant. Bevorzugt ist der Ladestrom zeitlich veränderlich. Zunächst wird bevorzugt mit konstantem Strom geladen, bis eine vorbestimmte
Klemmenspannung gemessen werden kann. Anschließend wird bevorzugt mit konstanter Spannung geladen, bis der Ladestrom einen Mindestwert
unterschreitet. Bevorzugt ist der Ladestrom pulsförmig, wobei die Pulsspannung mit Zeitfortschritt zunimmt und gegen Ende des Ladevorgangs eine
Zielspannung annimmt. Bevorzugt ist der Entladestrom zeitlich veränderlich und besonders bevorzugt an Entladestromprofile aus der tatsächlichen Versorgung eines Verbrauchers angepasst. So weist der Entladestrom Intervalle
entsprechend zwischenzeitlichen Beschleunigungsfahrten eines Kraftfahrzeugs auf. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht der Entladestrom der Belastung mit einem Norm-Fahrzyklus.
Ladeströme bzw. Entladeströme insbesondere zur Ermittlung der Ladezustände einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung mit gegebener Nenn- Ladung QN [Ah], in der Praxis auch mit der Nennkapazität C [Ah] bezeichnet, werden insbesondere als Vielfache oder gebrochene Vielfache der Nenn-Ladung QN bzw. der Nennkapazität C der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gewählt. Bevorzugt sind der Ladestrom und der Entladestrom eines Ladezyklus bzw. mehrerer aufeinander folgender Ladezyklen aufeinander abgestimmt:
• insbesondere gleicher Ladestrom (erster Wert, vor dem Schrägstrich) und Entladestrom (zweiter Wert, nach dem Schrägstrich), mit
insbesondere 0, 1 C/0,1 C; 0,25C/0,25C; 0,5C/0,5C; 1 C/1 C; 2C/2C; 3C/3C; 4C/4C; 5C/5C, 6C/6C, 7C/7C, 8C/8C, 9C/9C oder 10C/10C; insbesondere unterschiedlicher Ladestrom (erster Wert, vor dem
Schrägstrich) und Entladestrom (zweiter Wert, nach dem Schrägstrich) mit insbesondere 1 C/2C; 1 C/3C; 1 C/4C; 1 C/5C; 2C/1 C; 2C/3C; 2C/4C; 2C/5C; 3C/1 C; 3C/2C; 3C/4C; 3C/5C; 4C/1 C; 4C/2C; 4C/3C; 4C/5C; 5C/1 C; 5C/2C; 5C/3C; 5C/4C oder einer anderen Kombination.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind Lade-/Entladeströme pulsförmig festgelegt, insbesondere mit einer Stromstärke entsprechend der: · 4-fachen Nennkapazität C oder QN über einen Zeitraum von
insbesondere 2s, 8s, 10s, 18s;
• 5-fachen Nennkapazität C oder QN über einen Zeitraum von
insbesondere 2s, 8s, 10s, 18s;
• 10-fachen Nennkapazität C oder QN über einen Zeitraum von
insbesondere 2s; 8s; 10s; 18s.
Mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren gewinnt der Fachmann
Erkenntnisse über das Betriebsverhalten der von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung zwischen den gewählten ersten und zweiten Ladezuständen. Mit den Erkenntnissen ist der Fachmann in der Lage, Ladeströme auf ein für die elektrochemische
Energiespeichereinrichtung erträgliches Maß zu begrenzen, sowohl nach der Stromstärke als auch der Dauer des Stroms, um insbesondere unerwünscht hohen Temperaturen zu begegnen. Vorteilhaft wird so unumkehrbaren chemischen Reaktionen, welche die Alterung der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung beschleunigen entgegengewirkt. Mit den
Erkenntnissen der Temperaturen kann der Fachmann Maßnahmen zur geeigneten Temperierung, insbesondere verbesserten Kühlung der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ergreifen. Mit den Erkenntnissen ist der Fachmann in der Lage, die Aufnahme einer elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung so zu gestalten, dass ein bei unterschiedlichen Ladezuständen veränderliches Abmaß nicht zu ungenügender Fixierung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung in der Aufnahme führt. Damit wird vorteilhaft Schäden insbesondere aus Stößen oder Vibration
entgegengewirkt. Mit den Erkenntnissen der Fachmann in der Lage, die
Aufnahme einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung so zu gestalten, dass ein bei unterschiedlichen Ladezuständen veränderliches Abmaß nicht zu schädigenden Kräften auf die elektrochemische Energiespeichereinrichtung führt, insbesondere weil die Aufnahme zu knapp bemessen ist und die elektrochemische Energiespeichereinrichtung gequetscht würde. Vorteilhaft kann der Fachmann durch Gestaltung der Aufnahme Raum für ein temporäres „Wachstum" der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bei höheren Ladezuständen vorsehen. Damit wird einer Schädigung einer Elektrode vorgebeugt. So gewinnt der Fachmann Erkenntnisse zur verbesserten
Gestaltung einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, schonenderen Betrieb der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, deren Aufnahme in einer Batterie für einen dauerhafteren Betrieb. So wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Nachfolgend sind bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Messverfahrens beschrieben.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Messverfahrens, nachfolgend M1 genannt, ist die elektrochemische
Energiespeichereinrichtung derart in den Aufnahmeeinrichtung gehalten, insbesondere zwischen Anlageeinrichtungen, dass ein Strecken der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung entlang zumindest einer Achse insbesondere entlang der Führungseinrichtung im Betrieb zumindest gehemmt ist, vorzugsweise im Wesentlichen unterbunden ist. Dabei wird zumindest eine Kraft gemessen, welche von der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung auf die Aufnahmeeinrichtung ausgeübt wird, insbesondere abhängig von verschiedenen physikalischen Parametern, insbesondere abhängig von verschiedenen Ladezuständen. Vorteilhaft wird das Verhalten der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung in einer im Wesentlichen unnachgiebigen Aufnahme einer Batterie nachgestellt. Vorteilhaft können im Labor Erkenntnisse über die insbesondere längerfristigen Folgen für die elektrochemische Energiespeichereinrichtung bei einer derartigen Aufnahme festgestellt werden. Vorteilhaft können Erkenntnisse für die Ausbildung eines Batteriegehäuses, womit ein nachteiliges Quetschen der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung vermieden werden soll, gewonnen werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messverfahrens, nachfolgend M2 genannt, ist die elektrochemische
Energiespeichereinrichtung derart in den Aufnahmeeinrichtung gehalten, insbesondere zwischen Anlageeinrichtungen, dass ein Strecken der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung entlang zumindest einer Achse im Betrieb ermöglicht ist. Dabei wird eine Vergrößerung zumindest einer Abmessung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung entlang der genannten Achse gemessen, insbesondere abhängig von verschiedenen physikalischen Parametern, insbesondere abhängig von verschiedenen
Ladezuständen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messverfahrens erfolgt insbesondere das Entladen gemäß vorbestimmten Strom-Zeit-Verläufen. Ladeströme bzw. Entladeströme insbesondere zur Ermittlung der Ladezustände einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung mit gegebener Nenn- Ladung QN [Ah], in der Praxis auch mit der Nennkapazität C [Ah] bezeichnet, werden insbesondere als Vielfache oder gebrochene Vielfache der Nenn-Ladung QN bzw. der Nennkapazität C der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gewählt. Bevorzugt sind der Ladestrom und der Entladestrom eines Ladezyklus bzw. mehrerer aufeinander folgender Ladezyklen aufeinander abgestimmt: • insbesondere Praxisfahrzyklen, aus denen der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung zugeführte und/oder abgeführte
Ladungsmengen [Ah] resultieren,
• insbesondere gleicher Ladestrom (erster Wert, vor dem Schrägstrich) und Entladestrom (zweiter Wert, nach dem Schrägstrich), mit
insbesondere 0,1C/0,1C; 0,25C/0,25C; 0,5C/0,5C; 1 C/1 C; 2C/2C; 3C/3C; 4C/4C; 5C/5C, 6C/6C, 7C/7C, 8C/8C, 9C/9C oder 10C/10C;
• insbesondere unterschiedlicher Ladestrom (erster Wert, vor dem
Schrägstrich) und Entladestrom (zweiter Wert, nach dem Schrägstrich) mit insbesondere 1 C/2C; 1 C/3C; 1 C/4C; 1 C/5C; 2C/1C; 2C/3C; 2C/4C; 2C/5C; 3C/1C; 3C/2C; 3C/4C; 3C/5C; 4C/1 C; 4C/2C; 4C/3C; 4C/5C; 5C/1C; 5C/2C; 5C/3C; 5C/4C oder einer anderen Kombination.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind Lade-/Entladeströme pulsförmig festgelegt, insbesondere mit einer Stromstärke entsprechend der:
• 4-fachen Nennkapazität C oder QN über einen Zeitraum von
insbesondere 2s, 8s, 10s, 18s;
• 5-fachen Nennkapazität C oder QN über einen Zeitraum von
insbesondere 2s, 8s, 10s, 18s;
• 10-fachen Nennkapazität C oder QN über einen Zeitraum von
insbesondere 2s; 8s; 10s; 18s.
Diese Verläufe werden der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung während des Messverfahrens aufgeprägt. Diese Verläufe sind vorzugsweise aus dem praktischen Betrieb von Verbrauchern gewonnen. Vorteilhaft kann das im Betrieb auftretende Verhalten von elektrochemischen
Energiespeichereinrichtungen im Labor nachgestellt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messverfahrens erfolgt die Messwerterfassung während des Ladens oder Entladens der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung abhängig von der zugeführten Q+ und/oder entnommenen Ladung Q.. Dazu werden bevorzugt 0, 1 , 2, 5 10, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 Ah (Q+ bzw. Q.) oder mehr mit der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung innerhalb eines Ladezyklus bzw. mehrerer aufeinander folgender Ladezyklen ausgetauscht. Besonders bevorzugt werden über viele Ladezyklen hinweg zumindest 0, 5, 10, 20, 25, 50, 100, 200, 500, 1000 kAh oder mehr ausgetauscht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Messwerterfassung gemäß S5 während des Ladens oder Entladens der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung abhängig vom Verhältnis aus zugeführter Q+ oder entnommener Ladung Q. über der Nenn-Ladung [Ah] bzw. Maximalladung QN der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung.
Besonders bevorzugt erfolgt die Messwerterfassung wenn der Bruch Q/QN in etwa ganzzahligen Vielfachen von 0,1 entspricht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messverfahrens erfolgt die Messwerterfassung während des Ladens oder Entladens der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung abhängig von deren Klemmenspannung, besonders bevorzugt bei einer Klemmenspannung von 0, 2,5; 2,7; 3,0; 3,1 ; 3,2; 3,3; 3,4; 3,5; 3,6; 3,7; 3,8; 3,9; 4,0; 4,1 ; 4,2; 4,3; 4,4; 4,5; 4,6; 4,7; 4,8; 4,9; 5,0; 5,1 ; 5,2 oder 5,3 V. Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messverfahrens werden die Schritte Laden und Entladen mehrfach
aufeinanderfolgend ausgeführt. So nimmt die elektrochemische Energiespeichereinrichtung mehrfach aufeinanderfolgend den ersten
Ladezustand und den zweiten Ladezustand an. Dabei durchläuft die
elektrochemische Energiespeichereinrichtung eine vorgegebene Zahl von Ladezyklen, vorzugsweise 10, 20, 50, 100, 200, 500, 750, 1000, 1250, 1500, 1750, 2000 Ladezyklen oder mehr. Mit zunehmender Zahl von Ladezyklen wird ein Altern der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erreicht. Bei derartiger Durchführung des Messverfahren werden vorteilhaft Erkenntnisse bezüglich des Verhaltens der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bei deren fortschreitender Alterung gewonnen. Besonders bevorzugt werden dabei Dimensionsänderungen, Temperaturen und/oder Klemmenspannungen der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erfasst.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messverfahrens, nachfolgend M3 genannt, erfolgt ein Temperieren der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung während diese von der
Aufnahmeneinrichtung aufgenommen ist, insbesondere mit vorbestimmten Temperaturverläufen. Diese Verläufe sind vorzugsweise aus dem geplanten und/oder erfolgten Betrieb mit Verbrauchern gewonnen. Erfindungsgemäß ist Verfahren M3 mit M1 oder M2 kombinierbar. Vorzugsweise wird die
elektrochemische Energiespeichereinrichtung mit Temperaturen von -40°C, - 30°C, -20°C, -10°C, 0°C, 10°C, 20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C, 70°C, 80°C (bitte prüfen) beaufschlagt. Vorzugsweise wird die elektrochemische Energiespeichereinrichtung mit einem vorbestimmten Wärmestrom beaufschlagt. Vorteilhaft können Erkenntnisse zum Betriebsverhalten der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung bei Kühlung und/oder bei betriebsüblichen und auch höheren Umgebungstemperaturen gewonnen werden. Vorzugsweise erfolgt die Temperaturbeaufschlagung mit Temperaturen, welche um eine Zieltemperatur schwanken, insbesondere um 40°C. Vorteilhaft kann der Einfluss einer
Kühleinrichtung in einem Fahrzeug nachgestellt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messverfahrens erfolgen zeitgleich das Laden einer ersten elektrochemischen Energiespeichereinrichtung sowie das Entladen einer zweiten elektrochemischen Energiespeichereinrichtung. Vorzugsweise wird dabei elektrische Energie aus der ersten elektrochemischen Energiespeichereinrichtung einer zweiten elektrochemischen Energiespeichereinrichtung zugeführt. Bevorzugt werden Verluste aus der Wandlung elektrischer Energie in chemische Energie ausgeglichen, insbesondere von einer Ladeeinrichtung (siehe unten).
Vorzugsweise erfolgt ein Abspeichern des zumindest eines erfassten
Messwertes in einer Datenspeichereinrichtung, vorzugsweise gemeinsam mit einem Wert, welcher repräsentativ für den Zeitpunkt der Messung ist. Vorzugsweise steuert eine Steuereinrichtung die Schritte S3, S4, S5, S6 und/oder S7, besonders bevorzugt auf Grundlage vorgegebener
Messprogramme bzw. Messvorschriften.
Vorzugsweise werden erfasste Messwerte mittels einer Anzeigeeinrichtung angezeigt und/oder an eine Ausgabeeinrichtung gegeben. Vorzugsweise finden die Verfahren M1 , M2 und M3 Anwendung auf
elektrochemische Energiespeichereinrichtung, welche Lithium aufweisen.
Vorzugsweise finden die erfindungsgemäßen Verfahren M1 , M2 und M3
Anwendung auf elektrochemische Energiespeichereinrichtungen, welche einen Separator aufweisen, der nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, und welcher aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40° C bis 200° C ionenleitend ist. Das anorganische Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, AI, Li, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Bevorzugt weist das anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben. Vorzugsweise finden die erfindungsgemäßen Verfahren M1 , M2 und M3
Anwendung auf elektrochemische Energiespeichereinrichtungen mit einer Elektrode, besonders bevorzugt eine Kathode, welche eine Verbindung mit der Formel LiMP04 aufweist, wobei M wenigstens ein Übergangsmetallkation der ersten Reihe des Periodensystems der Elemente ist. Das
Übergangsmetallkation ist vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Mn, Fe, Ni und Ti oder einer Kombination dieser Elemente gewählt. Die Verbindung weist vorzugsweise eine Olivinstruktur auf, vorzugsweise übergeordnetes Olivin.
Vorzugsweise finden die erfindungsgemäßen Verfahren M1 , M2 und M3
Anwendung auf elektrochemische Energiespeichereinrichtungen mit einer Elektrode, besonders bevorzugt eine Kathode, welche eine Verbindung mit der Formel LiMP04 aufweist , wobei M wenigstens ein Übergangsmetallkation der ersten Reihe des Periodensystems der Elemente ist. Das
Übergangsmetallkation ist vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Mn, Fe, Ni und Ti oder einer Kombination dieser Elemente gewählt. Die Verbindung weist vorzugsweise eine Olivinstruktur auf, vorzugsweise übergeordnetes Olivin, wobei Fe besonders bevorzugt ist. In einer weiteren Ausführungsform weist vorzugsweise wenigstens eine Elektrode des elektrochemischen
Energiespeichers, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, ein
Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn20 vom Spinell-Typ, ein Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCo02, oder ein Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNi02, oder ein Gemisch aus zwei oder drei dieser Oxide, oder ein Lithiummischoxid, welches Mangan, Kobalt und Nickel enthält, auf.
Vorzugsweise finden die erfindungsgemäßen Verfahren M1 , M2 und M3
Anwendung auf elektrochemische Energiespeichereinrichtungen mit einer kathodischen Elektrode, welche in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest umfasst ein Aktivmaterial, wobei das Aktivmaterial eine Mischung aus einem Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Mischoxid (NMC), welches nicht in einer Spinellstruktur vorliegt, mit einem Lithium-Mangan-Oxid (LMO) in Spinellstruktur umfasst. Bevorzugt ist es, dass das Aktivmaterial zumindest 30 Mol%, vorzugsweise zumindest 50 Mol% NMC umfasst sowie zugleich zumindest 10 Mol%, vorzugsweise zumindest 30 Mol% LMO, jeweils bezogen auf die
Gesamtmolzahl des Aktivmaterials der kathodischen Elektrode (also nicht bezogen auf die kathodische Elektrode insgesamt, welche zusätzlich zum Aktivmaterial noch Leitfähigkeitszusätze, Bindemittel, Stabilisatoren etc.
umfassen kann). Bevorzugt ist es, dass NMC und LMO zusammen zumindest 60 Mol% des Aktivmaterials ausmachen, weiter bevorzugt zumindest 70 Mol%, weiter bevorzugt zumindest 80 Mol%, weiter bevorzugt zumindest 90 Mol%, jeweils bezogen auf die Gesamtmolzahl des Aktivmaterials der kathodischen Elektrode (also nicht bezogen auf die kathodische Elektrode insgesamt, welche zusätzlich zum Aktivmaterial noch Leitfähigkeitszusätze, Bindemittel,
Stabilisatoren etc. umfassen kann). Weiter bevorzugt ist es, dass das
Aktivmaterial im wesentlichen aus NMC und LMO besteht, also keine anderen Aktivmaterialien in einem Umfang von mehr als 2 Mol%, enthält. Dabei ist es weiter bevorzugt, dass das auf dem Träger aufgebrachte Material im
wesentlichen Aktivmaterial ist, d.h. 80 bis 95 Gewichtsprozent des auf dem Träger der kathodischen Elektrode aufgebrachten Materials das besagte
Aktivmaterial ist, weiter bevorzugt 86 bis 93 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials (also bezogen auf die kathodische
Elektrode ohne Träger insgesamt, welche zusätzlich zum Aktivmaterial noch Leitfähigkeitszusätze, Bindemittel, Stabilisatoren etc. umfassen kann). In Bezug auf das Verhältnis in Gewichtsanteilen von NMC als Aktivmaterial zu LMO als Aktivmaterial ist es bevorzugt, dass dieses Verhältnis von 9 (NMC) : 1 (LMO) bis zu 3 (NMC) : 7 (LMO) reicht, wobei 7 (NMC) : 3 (LMO) bis zu 3 (NMC) : 7 (LMO) bevorzugt ist und wobei 6 (NMC) : 4 (LMO) bis zu 4 (NMC) : 6 (LMO) weiter bevorzugt ist. Erfinderisch ist auch eine Messvorrichtung für eine elektrochemische
Energiespeichereinrichtung. Die Messvorrichtung weist eine
Aufnahmeeinrichtung auf, welche vorgesehen ist, zumindest eine
elektrochemische Energiespeichereinrichtung aufzunehmen. Weiter weist die Messvorrichtung eine Messeinrichtung auf, welche vorgesehen ist, zumindest einen physikalischen Parameter zu erfassen, welcher Aufschluss über den Betriebszustand der in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gibt. Weiter weist die
Messvorrichtung eine Ladeeinrichtung auf, welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise der in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung elektrische Energie zuzuführen und zu entnehmen.
Vorzugsweise erfolgt die Energiezufuhr oder -abfuhr mit einem zeitlich veränderlichen Strom. Erfindungsgemäß ist ein Ladestrom oder Entladestrom im einfachsten Fall zeitlich konstant. Bevorzugt ist der Ladestrom zeitlich veränderlich. Zunächst wird bevorzugt mit konstantem Strom geladen, bis eine vorbestimmte Klemmenspannung gemessen werden kann. Anschließend wird bevorzugt mit konstanter Spannung geladen, bis der Ladestrom einen
Mindestwert unterschreitet. Bevorzugt ist der Ladestrom pulsförmig, wobei die Pulsspannung mit Zeitfortschritt zunimmt und gegen Ende des Ladevorgangs eine Zielspannung annimmt. Bevorzugt ist der Entladestrom zeitlich veränderlich und besonders bevorzugt an Entladestromprofile aus der tatsächlichen
Versorgung eines Verbrauchers angepasst. So weist der Entladestrom
Intervalle entsprechend zwischenzeitlichen Beschleunigungsfahrten eines Kraftfahrzeugs auf. Vorzugsweise entspricht der Entladestrom der Belastung mit einem Norm-Fahrzyklus. Vorzugsweise ist der Entladestrom auch an reale Umgebungsbedingungen angepasst. Ladeströme bzw. Entladeströme insbesondere zur Ermittlung der Ladezustände einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung mit gegebener Nenn- Ladung QN [Ah], in der Praxis auch mit der Nennkapazität C [Ah] bezeichnet, werden insbesondere als Vielfache oder gebrochene Vielfache der Nenn-Ladung QN bzw. der Nennkapazität C der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gewählt. Bevorzugt sind der Ladestrom und der Entladestrom eines Ladezyklus bzw. mehrerer aufeinander folgender Ladezyklen aufeinander abgestimmt:
• insbesondere Praxisfahrzyklen, aus denen der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung zugeführte und/oder abgeführte
Ladungsmengen [Ah] resultieren,
• insbesondere gleicher Ladestrom (erster Wert, vor dem Schrägstrich) und Entladestrom (zweiter Wert, nach dem Schrägstrich), mit
insbesondere 0,1 C/0,1 C; 0,25C/0,25C; 0,5C/0,5C; 1 C/1 C; 2C/2C; 3C/3C; 4C/4C; 5C/5C, 6C/6C, 7C/7C, 8C/8C, 9C/9C oder 10C/10C; · insbesondere unterschiedlicher Ladestrom (erster Wert, vor dem
Schrägstrich) und Entladestrom (zweiter Wert, nach dem Schrägstrich) mit insbesondere 1 C/2C; 1 C/3C; 1 C/4C; 1 C/5C; 2C/1 C; 2C/3C; 2C/4C; 2C/5C; 3C/1 C; 3C/2C; 3C/4C; 3C/5C; 4C/1 C; 4C/2C; 4C/3C; 4C/5C; 5C/1 C; 5C/2C; 5C/3C; 5C/4C oder einer anderen Kombination. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind Lade-/Entladeströme pulsförmig festgelegt, insbesondere mit einer Stromstärke entsprechend der:
• 4-fachen Nennkapazität C oder QN über einen Zeitraum von
insbesondere 2s, 8s, 10s, 18s;
• 5-fachen Nennkapazität C oder QN über einen Zeitraum von
insbesondere 2s, 8s, 10s, 18s; • 10-fachen Nennkapazität C oder QN über einen Zeitraum von
insbesondere 2s; 8s; 10s; 18s.
Die Inhalte der Begriffe elektrochemische Energiespeichereinrichtung,
Aufnahmeeinrichtung, Messeinrichtung, physikalischer Parameter wurden zuvor beschrieben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahmeeinrichtung zwei im Wesentlichen plattenförmige Anlageeinrichtungen auf, welche zueinander im Wesentlichen parallel angeordnet sind. Die plattenförmigen Anlageeinrichtungen sind zueinander relativbeweglich angeordnet. Zumindest eine der Anlageeinrichtung dient insbesondere der Berührung einer Begrenzungsfläche der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung oder einer
Temperiereinrichtung. Weiter weist die Aufnahmeeinrichtung eine
Führungseinrichtung auf. Die Führungseinrichtung dient der Führung einer der Anlageeinrichtungen. Vorzugsweise erstreckt sich die Führungseinrichtung im Wesentlichen senkrecht aus der ersten Anlageeinrichtung in Richtung der zweiten Anlageeinrichtung. Die zweite Anlageeinrichtung ist mittels der
Führungseinrichtung relativbeweglich gelagert, insbesondere entlang der Führungseinrichtung. Vorzugsweise ist eine der Anlageeinrichtungen gegenüber mit der Führungseinrichtung verbindbar bzw. festlegbar, insbesondere
kraftschlüssig, insbesondere mittels einer Klemmeinrichtung. Besonders bevorzugt weist die Führungseinrichtung zwei, drei oder vier Führungssäulen auf, welche sich durch Öffnungen der zweiten Anlageeinrichtung erstrecken.
Vorteilhaft dient die lösbare Verbindung zwischen einer der Anlageeinrichtungen und der Führungseinrichtung der Realisierung zweier unterschiedlicher
Betriebsarten der Messvorrichtung, M1 und M2 (siehe oben). Für die Betriebsart M2 mit nachgiebiger Aufnahmeeinrichtung ist eine Anlageeinrichtung zum Ausweichen insbesondere infolge einer Maßänderung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ausgebildet. Dabei weist die Messeinrichtung einen Wegmesser auf, wobei der Wegmesser insbesondere eine Dimensionsänderung der in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erfasst, insbesondere bei zunehmendem Ladezustand. Für die Betriebsart M1 mit unnachgiebiger Aufnahmeeinrichtung weisen die Anlageeinrichtungen nach Aufnehmen einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung einen im Wesentlichen unveränderlichen Abstand auf. Dabei weist die Messeinrichtung einen
Kraftmesser auf, wobei der Kraftmesser eine Kraft aus einer aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung auf die Aufnahmeeinrichtung erfasst, insbesondere bei zunehmendem Ladezustand. Unter einer Ladeeinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere zum Zuführen eines elektrischen Stroms zu der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und zum Entnehmen eines elektrischen Stroms aus der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung dient. Vorzugsweise erhält die Ladeeinrichtung zum Laden der
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung elektrische Energie aus einer Energiequelle, insbesondere aus einem Stromnetz und/oder aus einer anderen insbesondere elektrochemischen Energiespeichereinrichtung. Vorzugsweise gibt die Ladeeinrichtung zum Entladen der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung elektrische Energie an eine Energiesenke ab, insbesondere an ein Stromnetz und/oder an eine andere insbesondere elektrochemische
Energiespeichereinrichtung. Vorzugsweise versorgt die Ladeeinrichtung eine zweite elektrochemische Energiespeichereinrichtung sowohl aus einer ersten elektrochemischen Energiespeichereinrichtung als auch einem Stromnetz.
Besonders bevorzugt kommen Zell- bzw. Batterietestanlagen zum Einsatz. Eine erfindungsgemäße essvorrichtung ermöglicht es, im Labor
Ladungswechsel aufgenommener elektrochemischer Energiespeichereinrichtungen durchzuführen und das Verhalten der aufgenommenen
elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen mit Messfühlern zu erfassen. Mit den Erkenntnissen aus diesen Messungen ist der Fachmann in der Lage, Ladeströme auf ein für die elektrochemische Energiespeichereinrichtung erträgliches Maß zu begrenzen, sowohl nach der Stromstärke als auch der Dauer des Stroms, um insbesondere unerwünscht hohen Temperaturen zu begegnen. Vorteilhaft wird so unumkehrbaren chemischen Reaktionen, welche die Alterung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung beschleunigen entgegengewirkt. Mit den Erkenntnissen der Temperaturen kann der Fachmann Maßnahmen zur optimierten Temperierung, insbesondere zur verbesserten Kühlung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ergreifen. Mit den Erkenntnissen ist der Fachmann in der Lage, die Aufnahme einer
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung so zu gestalten, dass ein bei unterschiedlichen Ladezuständen veränderliches Abmaß nicht zu ungenügender Fixierung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung in der Aufnahme führt. Damit wird vorteilhaft Schäden insbesondere aus Stößen oder Vibration entgegengewirkt. Mit den Erkenntnissen ist der Fachmann in der Lage, die Aufnahme einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung so zu gestalten, dass ein bei unterschiedlichen Ladezuständen veränderliches Abmaß nicht zu schädigenden Kräften auf die elektrochemische Energiespeichereinrichtung führt, insbesondere weil die Aufnahme zu knapp bemessen ist und die elektrochemische Energiespeichereinrichtung gequetscht würde. Vorteilhaft kann der Fachmann durch Gestaltung der Aufnahme Raum für ein temporäres „Wachstum" der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bei höheren Ladezuständen vorsehen. Damit wird einer Schädigung einer Elektrode vorgebeugt. So gewinnt der Fachmann Erkenntnisse zur verbesserten
Gestaltung einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, schonenderen Betrieb der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, deren Aufnahme in einer Batterie für einen dauerhafteren Betrieb. So wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Nachfolgend werden zu bevorzugende Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung beschrieben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messvorrichtung eine Kraftstelleinrichtung auf. Die Kraftstelleinrichtung dient zum Beaufschlagen der in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommene elektrochemische Energiespeichereinrichtung mit einer insbesondere vorbestimmten Kraft. Die vorbestimmte Kraft beträgt dient insbesondere der Positionierung der beweglichen Anlageeinrichtungen während der Betriebsart M2. In der Betriebsart M1 dient die Kraftstelleinrichtung dazu, die in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommene elektrochemische Energiespeichereinrichtung mit einer Kraft zu beaufschlagen, welche lediglich einer unerwünschten Verlagerung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung in der Aufnahmeeinrichtung dient.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Messvorrichtung zumindest eine Temperiereinrichtung auf. Die Temperiereinrichtung dient insbesondere der Beaufschlagung der in der Aufnahmeeinrichtung
aufgenommenen elektrochemische Energiespeichereinrichtung mit einer vorbestimmten Temperatur von -^0°C, -30°C, -20°C, -10°C, 0°C, 10°C, 20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C, 70°C, 80°C und/oder einem vorbestimmten
Wärmestrom. Vorteilhaft können im Labor Betriebsbedingungen nachgestellt werden. Vorzugsweise berührt die Temperiereinrichtung die in der
Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen elektrochemische
Energiespeichereinrichtung wärmeleitend. Vorzugsweise ist die
Temperiereinrichtung von einem Temperiermittel durchströmt, elektrisch beheizt und/oder steuerbar. In bevorzugter Ausgestaltung ist ein Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur eines Polkontaktes der in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung vorgesehen und angeordnet. Vorteilhaft dient die Temperatur eines Polkontaktes zum Regeln der Heizleistung der Temperiereinrichtung. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Messvorrichtung so ausgebildet, dass sie zeitgleich zwei, drei, vier oder mehr elektrochemische Energiespeichereinrichtungen aufnimmt. Vorteilhaft wird Zeitaufwand zum Messen gespart. Vorzugsweise weist die Messvorrichtung eine Kontaktierungseinrichtung auf, welche insbesondere dem Kontaktieren der aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung dient. Besonders bevorzugt ist die
Kontaktierungseinrichtung als insbesondere federbelastete Buchse,
Federklemme, Kontaktschuh, insbesondere federbelastete Kontaktschiene ausgebildet. Vorteilhaft erfolgt die Kontaktierung der aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen zeitsparend. Besonders bevorzugt ist die Kontaktierungseinrichtung zum Kontaktieren mehrerer elektrochemischer Energiespeichereinrichtungen ausgestattet. Vorzugsweise weist die Messvorrichtung eine insbesondere abkoppelbare Datenspeichereinrichtung auf, wobei die Datenspeichereinrichtung zum
Abspeichern von zumindest einem physikalischen Parameter vorgesehen ist, vorzugsweise gemeinsam mit einem Wert, welcher repräsentativ für den
Zeitpunkt der Messung ist. Vorzugsweise ist die Datenspeichereinrichtung als nicht-flüchtiger Speicher ausgebildet, besonders bevorzugt als SD-Karte, USB- stick ausgebildet.
Vorzugsweise weist die Messvorrichtung eine Anzeigeeinrichtung auf, wobei die Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen zumindest eines erfassten Messwertes vorgesehen ist. Vorzugsweise zeigt die Anzeigeeinrichtung zeitgleich
verschiedene erfasste Messwerte an, welche insbesondere im Wesentlichen zum selben Zeitpunkt erfasst wurden. Besonders bevorzugt ist die
Anzeigeeinrichtung als Bildschirm ausgebildet.
Vorzugsweise weist die Messvorrichtung eine Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung vorgesehen ist, insbesondere die Ladeeinrichtung und/oder die Messeinrichtung zu steuern. Besonders ist die Steuereinrichtung als insbesondere tragbarer Rechner ausgebildet. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung Fig.1 zeigt eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 1. Die Messvorrichtung 1 weist eine Aufnahmeeinrichtung 3 auf, hier im geöffneten Zustand dargestellt. In der Aufnahmeeinrichtung 3 sind drei elektrochemische Energiespeichereinrichtungen 21 a, 21 b, 21 c aufgenommen. Die elektrochemischen
Energiespeichereinrichtungen 21a, 21 b, 21 c sind übereinander gelegt. Ebenfalls sind zwei Temperiereinrichtungen 6a, 6b in der Aufnahmeeinrichtung 3 aufgenommen. Die Temperiereinrichtungen 6a, 6b sind von einem
Temperiermittel durchströmt und ermöglichen sowohl Kühlung als auch ein Aufheizen der elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 21 a, 21 b, 21 c. Nicht dargestellt sind die Schläuche zur Versorgung der Temperiereinrichtungen 6a, 6b. Die Temperiereinrichtung 6a berührt die untere elektrochemische
Energiespeichereinrichtung 21 a. Erst nach Schließen der Aufnahmeeinrichtung 3 gelangt auch die Temperiereinrichtung 6b in Berührung mit der oberen elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21 c. Die mittlere
elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21 c steht in wärmeleitendem Kontakt mit den benachbarten elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 21a, 21 c.
Weiter weist die Messvorrichtung 1 zwei Messfühler 4a, 4b auf, welche als Wegmesser 4a und Kraftmessdose 4b ausgeführt sind. Auch weist die
Messvorrichtung 1 zwei Kraftsteller 15 auf, wobei die Kraftsteller 15 als pneumatische Zylinder ausgeführt sind. Aufgabe der Kraftsteller 15 ist die
Beaufschlagung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 21 a, 21 b, 21 c mit einer vorbestimmten Kraft. Nicht dargestellt sind Ladeeinrichtung, Kontaktierungseinrichtungen, Steuerung, Datenspeicher und Anzeigeeinrichtung.
Auch ist nicht dargestellt, dass die Messvorrichtung 1 drei Temperaturfühler aufweist, welche mit je einem Polkontakt der aufgenommenen
elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 21 a, 21 b, 21 c wärmeleitend verbunden sind. Vorteilhaft erfassen die drei Temperaturfühler die
Temperaturen der Polkontakte der der aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 21 a, 21 b, 21 c, insbesondere zur Unterstützung der Regelung der Heizleistungen der Temperiereinrichtungen 6a, 6b. Die Aufnahmeeinrichtung 3 weist eine erste Anlageeinrichtung 3a und eine zweite Anlageeinrichtung 3b auf, welche als Platten ausgebildet sind. Die Gestaltung der Anlageeinrichtungen 3a, 3b ist der vorliegend prismatischen Form der elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 21 a, 21 b, 21 c geschuldet. Eine Führungseinrichtung 3c mit vier zylindrischen Säulen ist mit einer der Anlageeinrichtungen 3a verbunden, vorliegend mittels
Presspassungen. Auf den Säulen der Führungseinrichtung 3c läuft, mittels Kugelbüchsen gelagert, die zweite Anlageeinrichtung 3b relativbewegliche zur ersten Anlageeinrichtung 3a.
Ebenfalls mit den Säulen der Führungseinrichtung 3c verbunden ist die obere Kraftstellertragplatte 3e. Die Kraftstellertragplatte 3e trägt die Kraftsteller 15 sowie den Wegmesser 4a. Die Kraftsteller 15 wirken auf die bewegliche
Jochplatte 3d. Die Jochplatte 3d ist mittels Kugelbüchsen relativbeweglich auf den Säulen der Führungseinrichtung 3c gelagert. Die Kraftsteller 15
beaufschlagen die Jochplatte 3d. Die Jochplatte 3d überträgt die aufgeprägte Kraft über die Kraftmessdose 4b auf die zweite Anlageeinrichtung 3b. Die
Kraftmessdose 4b ist mit der Jochplatte 3d und der zweiten Anlageeinrichtung 3b verbunden. Der Wegmesser 4a misst insbesondere mittels eines Messstabes, der sich zwischen der Kraftstellertragplatte 3e und der zweiten Anlageeinrichtung 3b erstreckt, vorzugsweise den Abstand zwischen den Anlageeinrichtungen 3a und 3b. Mittelbar misst der Wegmesser 4a vorteilhaft eine Maßänderung, hier der Dicke, der elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen 21 a, 21 b, 21 c.
Zum Messen wird zunächst zumindest eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21 a, 21 b, 21 c von der Aufnahmeeinrichtung 3 aufgenommen, insbesondere formschlüssig. Vorzugsweise wird die zumindest eine
elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21 a, 21 b, 21 c mit einer mindesten Spannkraft F in der Aufnahmeeinrichtung 3 gehalten, wobei F mindestens 0,1 N, 0,2 N, 0,5 N, 1 N, 2 N, 5N, 10N oder mehr beträgt. Anschließend wird die zumindest eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21a, 21 b, 21c elektrisch kontaktiert. Nach einer besonderen Ausführungsform erfolgt das Kontaktieren der zumindest einen elektrochemischen Energiespeicher- einrichtung 21 a, 21 b, 21 c vor dem Aufnehmen in der Aufnahmeeinrichtung 3.
Anschließend wird die zumindest eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21 a, 21 b, 21 c mit einem vorbestimmten Ladestrom lL(t) in einen vorbestimmten ersten Ladezustand überführt (S3). Vorzugsweise wird die zumindest eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21 a, 21 b, 21 c auf mindestens 66%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% der Nennladung QN [Ah] geladen.
Anschließend wird die zumindest eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21 a, 21 b, 21 c mit einem vorbestimmten Entladestrom lE(t) in einen vorbestimmten zweiten Ladezustand überführt (S4). Vorzugsweise wird die zumindest eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21 a, 21 b, 21 c auf höchstens 66%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2% der Nennladung QN [Ah] entladen. Während der Schritte S3 und S5 wird insbesondere wiederholt ein physikalischer Parameter, welcher Aufschluss über den Betriebszustand der zumindest einen elektrochemische Energiespeichereinrichtung 21a, 21b, 21 c gibt, mittels der Messeinrichtung 4, 4a, 4b gemessen. Vorzugsweise erfolgt das Erfassen des physikalischen Parameters periodisch nach Zeitintervallen vorbestimmter Länge, insbesondere jeweils nach Verstreichen von wenigstens 1 , 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1.000, 2.000, 5.000, 10.000, 20.000, 50.000 oder mehr Sekunden. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Erfassen des physikalischen Parameters nach Erreichen vorbestimmter Ladezustände, insbesondere nach Erreichen von 66%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2% der Nennladung.
Vorzugsweise werden die Schritte S3 und S5 mehrfach aufeinander folgend ausgeführt.
Für das erste Messverfahren M1 mit unnachgiebiger Aufnahmeeinrichtung 3 wird der Kraftsteller 15 so gesteuert, dass die zweite Anlageeinrichtung 3b während der Lade- und Entladevorgänge im Wesentlichen keine Verlagerung erfährt. Dazu verarbeitet die nicht dargestellte Steuereinrichtung die Signale aus Wegmesser 4a und Kraftmessdose 4b für nahezu unveränderte Position der zweiten Anlageeinrichtung 3b. Für das zweite Messverfahren M2 mit nachgiebiger Aufnahmeeinrichtung 3 wird der Kraftsteller so gesteuert, dass er das gemeinsame Gewicht aus zweiter Anlageeinrichtung 3b, Jochplatte 3d und Kraftmessdose 4b im Wesentlichen kompensiert.

Claims

Patentansprüche
1. Messverfahren für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung, aufweisend die Schritte:
Aufnehmen wenigstens einer elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung (21, 21a, 21b, 21c) in Aufnahmeeinrichtung (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e), elektrisches Kontaktieren der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung (21, 21a, 21b, 21c),
Laden der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (21, 21a, 21b, 21c) mit einem vorbestimmten Ladestrom lL(t) bis zu einem vorbestimmten ersten Ladezustand,
Entladen der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (21, 21a, 21b, 21c) mit einem vorbestimmten Entladestrom lE(t) bis zu einem vorbestimmten zweiten Ladezustand,
Erfassen zumindest eines Messwertes zu zumindest einem physikalischen Parameter, welcher Aufschluss über den
Betriebszustand der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung (21, 21a, 21b, 21c) gibt, mittels Messeinrichtung (4, 4a, 4b). 2. Messverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schritte S3 und S4 mehrfach aufeinander folgend durchgeführt werden. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet auch durch den zusätzlichen Verfahrensschritt:
(56) Temperieren der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (21 , 21a, 21 b, 21c) mit einer Temperiereinrichtung (6, 6a, 6b), vorzugsweise mit einem vorbestimmten Temperaturprofil.
Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet auch durch den zusätzlichen Verfahrensschritt:
(57) Erfassen zumindest einer Temperatur, insbesondere der
Temperiereinrichtung (6, 6a, 6b).
Messvorrichtung (1 ) für eine elektrochemische
Energiespeichereinrichtung (21 , 21 a, 21 b, 21c), insbesondere zur Durchführung des Messverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest:
eine Aufnahmeeinrichtung (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e), welche vorgesehen ist, zumindest eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung (21 , 21a, 21 b, 21c) aufzunehmen,
eine Messeinrichtung (4, 4a, 4b), welche vorgesehen ist, zumindest einen physikalischen Parameter, welcher Aufschluss über den Betriebszustand der in der Aufnahmeeinrichtung (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (21 , 21a, 21 b, 21 c) gibt, zu erfassen, und
eine Ladeeinrichtung (5), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise der in der Aufnahmeeinrichtung (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (21 , 21a, 21 b, 21c) elektrische Energie zuzuführen und zu entnehmen, insbesondere einen vorbestimmten zeitabhängigen Strom l(t).
6. Messvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
gekennzeichnet durch eine Kraftstelleinrichtung (15), welche vorgesehen ist, die in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (21 , 21a, 21 b, 21c) mit einer insbesondere vorbestimmten Kraft zu beaufschlagen.
7. Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Temperiereinrichtung (6, 6a, 6b), welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise Wärmeenergie mit der elektrochemischen
Energiespeichereinrichtung (21 , 21a, 21 b, 21c) auszutauschen, wobei die Messeinrichtung (4, 4a, 4b) mindestens einen
Temperaturfühler (4c, 4d, 4e) aufweist.
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