WO2012156091A1 - Verfahren zur erhöhung der ladekapazität einer elektrochemischen zelle mit sensor, elektrochemische zelle mit sensor und deren herstellungsverfahren - Google Patents

Verfahren zur erhöhung der ladekapazität einer elektrochemischen zelle mit sensor, elektrochemische zelle mit sensor und deren herstellungsverfahren Download PDF

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Walter Lachenmeier
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Li Tec Battery GmbH
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell, to an electrochemical cell adapted to the method for increasing the charge capacity, to a method for producing this electrochemical cell and to a battery having a number of these electrochemical cells.
  • Electrochemical energy stores also referred to below as electrochemical or galvanic cells
  • electrochemical or galvanic cells are often produced in the form of stackable units, from which by combining a plurality of such cells batteries for different applications, in particular for use in electrically powered vehicles can be produced.
  • an increase in the performance of the battery is desired.
  • the invention will be described in relation to lithium-ion cells and in particular their use in a motor vehicle, although it should be pointed out that such a method and a correspondingly designed electrochemical cell also independent of motor vehicles z. B. can be operated in a stationary operation.
  • the at least one first active electrode preferably an anode, and a second active electrode, preferably a cathode, a separator arranged between the first active electrode and the second active electrode, at least one sensor, preferably a number of sensors, in particular a number of magnetoresistive sensors, and sensor lines connected to the sensors, preferably control and / or measuring lines, wherein the number of sensors is seconded between the first active electrode and the second active electrode and / or in the separator or on the first active electrode and / or on the second active electrode, this object is achieved in that the method for increasing the charge capacity Schri comprising acquiring parameter data of the individual electrochemical cell to be examined by means of the sensors, transmitting the parameter data with the sensor lines to a control unit, assigning the parameter data to the electrochemical cell, preferably storing the parameter data to the electrochemical cell, and determining
  • An advantage of this method is that it is possible by means of the specific processing steps in dependence on the detected states in the electrochemical cell, in particular during their manufacture or in their maintenance, to improve the charge capacity of the electrochemical cells and thus both an increased performance also to achieve a prolonged battery life.
  • an electrochemical cell is to be understood as meaning an electrochemical energy store, that is to say a device which stores energy in chemical form, delivers it in electrical form to a consumer and, preferably, can also receive it in electrical form from a charging device.
  • electrochemical energy stores are galvanic cells or fuel cells.
  • the electrochemical cell has at least a first and a second device for storing electrically different charges, and a means for producing an electrical active connection of these two devices, wherein charge carriers can be moved between these two devices. Under the means for producing an electrical active compound z. B. to understand an electrolyte, which acts as an ion conductor.
  • a separator is preferably to be used 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 Preferably, a polymer and particularly preferably comprises 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.
  • parameter data should be understood to mean not only a plurality of parameter data, but possibly also a single parameter data. Accordingly, in this context, not only a plurality of predetermined parameter values but, if appropriate, also a single predetermined parameter value should be understood by predetermined parameter values.
  • the step of acquiring parameter data comprises at least one local detection with detection of local parameter data at the sensor positions, in particular detection of the ion mobility in the electrochemical cell at the sensor positions, and the step of assigning comprises at least one local assignment with assigning the local parameter data to the sensor positions in the electrochemical cell, preferably storing the local parameter data to the sensor positions in the electrochemical cell, that the step of determining by means of the control unit comprises at least one local determination determining, by the control unit, whether there is a predetermined relationship with respect to predetermined parameter values for the local parameter data at the sensor locations in the electrochemical cell, and that the step of performing of special processing steps.
  • At least one local special processing having performing local special processing steps at the sensor positions in the electrochemical cell, if in the step of determining the presence of the predetermined relationship of the local parameter data has been determined with respect to the predetermined parameter values.
  • the sensors are configured to apply a magnetic field to the separator and / or inject ions
  • the step of performing local processing steps on the electrochemical cell comprises at least one of the local sensor processing steps: applying a magnetic field by means of Sensors at the sensor positions in the electrochemical cell, if in the step of determining the presence of the predetermined relationship of the local parameter data has been determined with respect to the predetermined parameter values, or injecting ions by means of the sensors at the sensor positions in the electrochemical cell if, in the step of determining, the presence of the predetermined relationship of the local parameter data with respect to the predetermined parameter values has been determined.
  • an advantage of the present invention is that new methods can be provided for effective and high quality formation, thereby both shortening the formation times and effectively increasing the yield, as well as accurate classification of the electrochemical cells for different applications or grades can be carried out.
  • the local determination steps can be carried out during a charging process, preferably during a maintenance operation of the electrochemical cell.
  • One advantage of this embodiment is that, during a maintenance process, machining operations on the electrochemical cell at the detected weak points for improving the charging capacity can be carried out in a targeted manner, with the injection of ions into aging processes in particular being found to be advantageous.
  • damage due to the local determination steps in the areas assigned to the sensors or a sectoral death due to z include, for example, improper use, aging, topochemically irreversible effects or chemical blockages. By the method according to the invention these damages can be avoided, influenced and even cured by z. B.
  • targeted dissolving pulses or targeted discharging is used to dissolve the lithium deposits again and then adjust the intercalation, optionally at a lower level.
  • bypasses to the electrochemical cells There are also possible bypasses to the electrochemical cells.
  • the inventive method is also particularly advantageous for deep discharged electrochemical cells in which it z. For example, during loading or unloading operations, wise, different potential differences can occur at the electrodes. This can lead to solutions of z. B. copper can come, which migrate to the separator and there trigger a short circuit, which form a temperature peak and thermal runaway may occur. With the method according to the invention, this can be avoided or cured.
  • a test step is carried out before charging in order to check whether such conditions exist and, if appropriate, to influence these specifically for a cure.
  • the standard charging methods such as eg. B. a constant current charge (CC protocol) or a constant voltage charge (CV protocol) are loaded.
  • B. reversals or charging resistors can be prevented or reduced.
  • Another advantage is that in the Formiervorticiann instead of the standard methods such. B.
  • the CC protocol for a more effective and targeted influenced formation a pulse can be used, whereby a charging phase with constant voltage is eliminated and advantages in terms of time and energy can be achieved, since with this method the energy requirements and the heat conversion is much lower.
  • the method according to the invention can also be used for formatting in combination with a GOST (galvanostatic intermittent titration technique) method, which is adapted to the formatting.
  • GOST galvanostatic intermittent titration technique
  • the processes can be more accurately detected and targeted improvements can be made.
  • the step of determining by means of the control unit has at least one of the following determining steps: determining whether the transmitted parameter data have predetermined first parameter values and / or determining whether the transmitted parameter data does not have predetermined second parameter values .
  • the step of determining by means of the control unit preferably comprises at least one of the following determination steps: determining whether the transmitted parameter data exceed predetermined third parameter values and / or determining whether the transmitted parameter data falls below predetermined fourth parameter values.
  • the step of determining by means of the control unit may include the step of: determining whether the parameter data is within at least one predetermined parameter value range by a predetermined fifth parameter value.
  • the steps comprise providing the first active electrode, applying the separator and applying the second active electrode, this object being achieved by applying at least one sensor, preferably a number of sensors, in particular a number of magnetoresistive sensors, to the first active electrode.
  • the step of applying the separator is performed such that the sensor can adjoin the first active electrode and the second active electrode. But it is also possible that the sensor is mounted such that it is adjacent either only to the first active electrode or to the second active electrode.
  • the manufacturing method it has proven to be advantageous if, for the step of applying a number of sensors to the first active electrode, at least one of the following methods is used at least partially: a printing method, a screen printing method, an impression method, an electrophoretic method, a spraying method, a sputtering method, a laser coating method, a laser patterning method, a vapor deposition method or a chemical or a physical vapor deposition method.
  • the at least one first active electrode preferably an anode, and at least one second active electrode, preferably a cathode, and at least one separator
  • the Method comprising the steps of providing the first active electrode, applying the separator and applying the second active electrode, this object achieved by applying a number of sensors, in particular a number of magnetoresistive sensors on the separator, and preferably introducing the sensors into the Separator, after application of the separator.
  • the step of applying a number of sensors to the separator or the step of introducing a number of sensors into the separator is performed such that the sensor can adjoin the first active electrode and the second active electrode. But it is also possible that the sensor is mounted or introduced such that it either adjacent only to the first active electrode or to the second active electrode.
  • At least one of the following methods is used at least in part: An overprinting method, a screen printing method, an impressing method, an electrophoretic method, a sputtering method, a laser coating method, a laser patterning method, a sputtering method, a vapor deposition method, or a chemical vapor deposition method or a physical vapor deposition method.
  • the at least one first active electrode preferably an anode, and at least one second active electrode, preferably a cathode, and at least one separator
  • the Method comprising the steps of providing the first active electrode, applying the separator, and applying the second active electrode, this object achieved by applying a number of sensors, in particular a number of magnetoresistive sensors to the separator, preferably introducing the number of sensors into the separator, before applying the separator.
  • the step of applying a number of sensors to the separator or the step of introducing a number of sensors into the separator is performed such that the sensor can adjoin the first active electrode or the second active electrode.
  • at least one of the following methods is at least partially used: a printing method, a screen printing method, an impression method, an electrophoretic method, a sputtering method, a laser coating method, a laser patterning method, a sputtering method, a vapor deposition method, or a chemical or a physical vapor deposition method.
  • the production method has at least one of the following steps: application of sensor lines, preferably control and / or measuring lines on the first active electrode or application of sensor lines, preferably control and / or measuring lines on the separator. Furthermore, it has proved to be advantageous in these production methods if the method comprises preparing the separator for applying and / or introducing the number of sensors, wherein at least one of the following methods is preferably used at least partially for this step of preparing the separator is: a punching method, a punching method, a laser patterning method or an etching method.
  • this object is achieved in an electrochemical cell, in particular in an electrochemical cell designed for use in motor vehicles, having at least one first active electrode, preferably an anode, at least one second active electrode, preferably a cathode, and at least one separator, in that at least one sensor, preferably a number of sensors, in particular a number of magnetoresistive sensors, is arranged between the first active electrode and the second active electrode and / or in the separator or on the first active electrode and / or on the second active electrode, which are connected via sensor lines, preferably control and / or measuring lines, with a control unit.
  • the sensors may be incorporated in the separator, but they may also be mounted on the separator or on the anode or on the cathode.
  • the senor preferably has at least one sensor unit which has been selected from a sensor unit group comprising: a current sensor unit, an ion sensor unit or a leak sensor unit.
  • the sensor has at least one functional unit which has been selected from a functional unit group comprising: a functional unit configured as a lonenbremse or a functional unit designed for magnetization.
  • this object is achieved in a battery in that it comprises a number of inventive electrochemical cells and a controller for the sensors.
  • the present invention relates to a battery with electrochemical cells, which is designed for use in a motor vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a longitudinal section of an electrochemical cell according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of the electrochemical
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 4 is a flowchart of a preferred embodiment of the method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to the first embodiment
  • 5 shows a flow chart of a method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to a second exemplary embodiment
  • 6 is a flow chart of a preferred embodiment of the method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to the second embodiment
  • FIG. 7 shows a flow chart of a method for increasing the charging capacity of an electrochemical cell according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 8 is a flowchart of a preferred embodiment of the method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to the third embodiment
  • FIG. 9 is a flow chart of a method of increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to a fourth embodiment
  • FIG. 10 is a flowchart of a preferred embodiment of the method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to the fourth embodiment
  • 1 1 is a flow chart of a method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to a fifth embodiment
  • FIG. 12 is a flow chart of a preferred embodiment of the method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to the fifth embodiment
  • FIG. 13 is a flowchart of a method of increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to a sixth embodiment
  • FIG. 16 is a flow chart of a manufacturing method of an electrochemical cell according to a first embodiment of the manufacturing method
  • FIG. 17 is a flowchart for a manufacturing method of an electrochemical cell according to a second embodiment of the manufacturing method
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a plan view of a longitudinal section of an electrochemical cell 1 according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the electrochemical cell 1 according to the first embodiment.
  • the electrochemical cell 1 has in an envelope 6 an anode 2, a cathode 3 and a separator 4 arranged between the anode 1 and the cathode 3.
  • a number of sensors 5, preferably a number of magnetoresistive sensors, z. B. introduced into a portion of the separator 4 and connected via sensor lines 7 with a control unit, not shown in the figures.
  • one control unit can be assigned to a single electrochemical cell 1. But it is also possible that a control unit is assigned to a plurality of electrochemical cells 1.
  • the control unit can also be integrated in a battery management system.
  • the sensors 5 are not introduced into the separator 4, but are mounted with a corresponding arrangement of the sensor lines 7 on the separator 4 or on the anode 2 or on the cathode 3.
  • step S1 parameter data D Par. Of an electrochemical cell to be examined are detected by means of the sensors 5.
  • step S12 the parameter data D par . the control unit is transmitted via the sensor lines 7 and in a step S13, the parameter data D par . assigned to the electrochemical cell 1.
  • the control unit it is determined whether the parameter data D Par. Has a predetermined relationship with respect to predetermined parameter values Wp ar . exhibit. If the parameter data D par . the predetermined relationship with respect to the predetermined parameter values W Par . , a predetermined processing is performed on the electrochemical cell 1 in a processing step S15.
  • step S11 of acquiring parameter data D Par of the electrochemical cell to be investigated comprises at least one step S1 1 'of acquisition of local parameter data D
  • step S1 of determining by means of the control unit at least one local determining step S14 'of determining by means of the control unit, whether at the sensor positions for the local parameter data D
  • step S14a By means of the control unit it is determined in a step S14a whether the parameter data D Par has predetermined first parameter values W Par .i. If the parameter data D Par. Has the predetermined first parameter values Wp ar1 , the predetermined processing is performed in the electrochemical cell processing step S 15 .
  • step 14a of determining by means of the control unit comprises: at least one local determination step S1 a 'of the determination by means of the control unit, whether at the sensor positions the local parameter data D
  • step S15 of performing operations comprises: having at least one local processing step S15 'of performing local processing on the sensor positions if in the local determining step S14a' has been determined at the sensor positions, that the local parameter data D
  • step S14b By means of the control unit it is determined in a step S14b whether this parameter data Dpa r . predetermined second parameter values W Par . 2 do not have. If the parameter data D par . the predetermined second parameter values W Par . 2 not up 1, the predetermined processing is performed in a step S15 for the electrochemical cell.
  • step 14b of determining by means of the control unit comprises: at least one local determining step S14b 'of the determining by means of the control unit, whether at the sensor positions the local parameter data D
  • step S15 of performing machining comprises: at least one local machining step S15 'of performing local machining on the sensor positions if in the local determining step S14b' at the sensor positions has been determined in that the local parameter data D
  • step S14c By means of the control unit it is determined in a step S14c whether the parameter data Dpar. exceed predetermined third parameter values W Par .3. If the parameter data D par . exceeds the predetermined third parameter values Wp ar .3, the predetermined processing is performed for the electrochemical cell 1 in a step S15.
  • FIG. 10 shows a flowchart of a preferred embodiment of the method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to the fourth embodiment, whose steps S11 'to S13' correspond to those of the preferred embodiment of the first embodiment, to which reference is made in order to avoid repetitions, and in US Pat the step 14c determining by means of the control unit comprises: at least one local determination step S14c 'of the determination by means of the control unit, whether at the sensor positions the local parameter data D
  • step S15 of performing machining comprises: at least one local machining step S15 'of performing local machining on the sensor positions if in the local determining step S14c' at the sensor positions has been determined in that the local parameter data D
  • Fig. 1 shows a flow chart for a method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to a fifth embodiment, whose steps S1 1 to S13 correspond to the first embodiment, to which reference is made to avoid repetition.
  • it is determined in a step S14d whether the parameter data Dp ar . fall below predetermined fourth parameter values W Par 4 . If the parameter data D Par., The predetermined fourth parameter values W Par . 4 , the predetermined processing is performed in a step S15 for the electrochemical cell 1.
  • step S14d of determining by means of the control unit comprises: at least one local determining step S14d 'of the determining by means of the control unit, whether at the sensor positions the local parameter data D
  • step S15 of performing machining comprises: at least one local machining step S15 'of performing local machining on the sensor positions if in the local determining step S14d' to the Sensor positions has been determined that the local parameter data D
  • step S15 'of performing local machining on the sensor positions if in the local determining step S14d' to the Sensor positions has been determined that the local parameter data D
  • FIG. 13 shows a flow chart for a method for increasing the charge capacity of an electrochemical cell according to a sixth exemplary embodiment, whose steps S1 1 to S 13 correspond to those of the first exemplary embodiment, to which reference is made in order to avoid repetitions.
  • the control unit determines in a step S14e whether the parameter data Dpar is within a predetermined parameter range by a predetermined fifth parameter value W Par .5. If the parameter data Dpar. are within the predetermined parameter range by the predetermined fifth parameter value W Par .5, the predetermined processing is performed in a processing step S15 for the electrochemical cell.
  • step S14e of determining by means of the control unit comprises: at least one local determining step S14e 'of the control unit determining whether the parameter data D Par is within a predetermined parameter range by a predetermined fifth parameter value W Par 5 , and at the step S15 of performing processing comprises: at least one local processing step S15 'of performing local processing on the sensor positions, if it has been determined in the local determining step S14d' at the sensor positions that the parameter data Dpar. within a predetermined parameter range about the predetermined fifth parameter value Wp ar . 5 are located.
  • FIG. 15 shows a representation of preferred steps in performing local processing steps at the sensor positions in the electronic chemical cell.
  • the method preferably includes at least one of the local sensor processing steps: a step S15a of applying a magnetic field by means of the sensors 5 to the sensor positions in the electrochemical cell 1, if in step S14 'of determining Presence of the predetermined relationship of the local parameter data D
  • a first active electrode for. As an anode 2, provided.
  • the separator 4 and in a step S7 the second active electrode, for. B. a cathode 3 is applied.
  • a shell 6 for the electrochemical cell 1 can be attached.
  • FIG. 17 shows a flow chart for a manufacturing method of an electrochemical cell adapted to the charge capacity increasing method according to a second embodiment of the manufacturing method.
  • a first active electrode for.
  • an anode 2 is provided.
  • the separator 4 is applied to the anode 2 applied.
  • a number of sensors 5, preferably a number of magnetoresistive sensors applied to the separator 4 and / or introduced into the separator 4
  • a step S6a number of sensor lines 7, preferably a number of control and / or measuring lines applied to the separator 4 and / or introduced into the separator 4, wherein the steps S6 and S6a can take place simultaneously or in any desired order.
  • the second active electrode, z. B. a cathode 3 is applied. In one step
  • a sheath 6 for the electrochemical cell 1 can be attached.
  • 18 shows a flowchart for a manufacturing method of an electrochemical cell adapted to the charge capacity increasing method according to a third embodiment of the manufacturing method.
  • the separator 4 is prepared for applying and / or introducing a number of sensors 5, wherein the step S1 can also be carried out in the first and second embodiments for the method.
  • a number of sensors 5, preferably a number of magnetoresistive sensors, are applied to the separator 4 and / or introduced into the separator 4 and in a step S2a a number of sensor lines 7, preferably a number of control and / or or measuring lines, applied to the separator 4 and / or introduced into the separator 4, wherein the steps S2 and S2a can take place simultaneously or in any desired order.
  • a first active electrode for. As an anode 2, provided.
  • the second active electrode, for. B. a cathode 3 is applied.
  • a shell 6 for the electrochemical cell 1 can be attached.
  • the present invention further relates to a battery with increased performance, which comprises these electrochemical cells, in particular designed for use in a motor vehicle battery having these electrochemical cells. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Ein Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle (1), die mindestens eine erste Aktivelektrode (2), vorzugsweise eine Anode, und mindestens eine zweite Aktivelektrode (3), vorzugsweise eine Kathode, und mindestens einen Separator (4) und eine Anzahl an Sensoren (5), vorzugsweise magnetoresistiven Sensoren und mit den Sensoren (5) verbundene Sensorleitungen (7), vorzugsweise Steuer- und/oder Messleitungen aufweist, wobei die Anzahl an Sensoren (5) zwischen der ersten Aktivelektrode (2) und der zweiten Aktivelektrode (3) an und/oder in dem Separator (4) bzw. an der ersten Aktivelektrode (2) und/ oder an der zweiten Aktivelektrode (3) abgeordnet ist, weist die Schritte auf: (S11) Erfassen von Parameterdaten (DPar.) der individuellen zu untersuchenden elektrochemischen Zelle (1) mittels der Sensoren (5), (S12) Übermitteln der Parameterdaten (DPar.) mit den Sensorleitungen (7) an eine Steuereinheit, (S13) Zuweisen der elektrochemischen Zelle (1) zu den Parameterdaten (DPar.), vorzugsweise Abspeichern der Parameterdaten (DPar.) zu der elektrochemischen Zelle (1), und (S14) Bestimmen mittels der Steuereinheit, ob für die den Parameterdaten zugewiesene elektrochemische Zelle (1) eine vorbestimmte Beziehung der Parameterdaten (DPar.) in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte (WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5) vorliegt, und (S15) Durchführen von Bearbeitungsschritten an der elektrochemischen Zelle (1), wenn in dem Schritt (S14) des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten (DPar.) in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte (WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5) bestimmt worden ist.

Description

Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle mit Sensor, elektrochemische Zelle mit Sensor und deren
Herstellungsverfahren
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle, eine an das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität angepasste elektrochemische Zelle, ein Verfahren zur Herstellung dieser elektrochemischen Zelle und eine Batterie mit einer Anzahl dieser elektrochemischen Zellen.
Elektrochemische Energiespeicher, im Folgenden auch als elektrochemische oder galvanische Zellen bezeichnet, werden häufig in der Form stapelbarer Einheiten hergestellt, aus denen durch Zusammenfassung einer Mehrzahl solcher Zellen Batterien für verschiedene Anwendungen, insbesondere für einen Einsatz in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen hergestellt werden können. Für den Einsatz in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen ist eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Batterie gewünscht. Die Erfindung wird in Bezug auf Lithium-Ionen-Zellen und insbesondere deren Einsatz in einem Kraftfahrzeug beschreiben, wobei allerdings darauf hinzuweisen ist, dass ein derartiges Verfahren und eine entsprechend ausgestaltete elektrochemische Zelle auch unabhängig von Kraftfahrzeugen z. B. in einem stationären Einsatz betrieben werden kann. Hiermit wir der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2011 101 762 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektrochemische Zellen und deren Herstellungsverfahren bekannt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle und ein Verfahren zur Herstellung der an das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität angepassten elektrochemischen Zellen und diese elektrochemische Zellen so- wie eine entsprechende Batterie bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach Anspruch 1 , durch ein Herstellungsverfahren für eine an das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität angepasste elektrochemische Zelle nach Anspruch 7 und durch eine elektrochemischer Zelle nach Anspruch 12 sowie durch eine Batterie nach Anspruch 15 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Nach einem ersten Gesichtspunkt wird bei einem Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle, insbesondere zur Erhöhung der Ladekapazität einer für eine Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestalteten elektrochemischen Zelle, die mindestens eine erste Aktivelektrode, vorzugsweise eine Anode, und eine zweite Aktivelektrode, vorzugsweise eine Kathode, einen zwischen der ersten Aktivelektrode und der zweiten Aktivelektrode angeordneten Separator, mindestens ein Sensor, vorzugsweise eine Anzahl an Sensoren, insbesondere eine Anzahl an magnetoresistiven Sensoren, und mit den Sensoren verbundene Sensorleitungen, vorzugsweise Steuer- und/oder Messleitungen aufweist, wobei die Anzahl an Sensoren zwischen der ersten Aktivelektrode und der zweiten Aktivelektrode an und/oder in dem Separator bzw. an der ersten Aktivelektrode und/ oder an der zweiten Aktivelektrode abgeordnet ist, diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität die Schritte aufweist: ein Erfassen von Parameterdaten der individuellen zu untersuchenden elektrochemischen Zelle mittels der Sensoren, ein Übermitteln der Parameterdaten mit den Sensorleitungen an eine Steuereinheit, ein Zuweisen der Parameterdaten zu der elektrochemischen Zelle, vorzugsweise ein Abspeichern der Parameterdaten zu der elektrochemischen Zelle, und ein Bestimmen mittels der Steuereinheit, ob für die Parameterdaten eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte vorliegt, und ein Durchführen von spezifischen Bearbeitungsschritten an der elektrochemischen Zelle, wenn in dem Schritt des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte bestimmt worden ist. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass mittels der spezifischen Bearbeitungsschritte in Abhängigkeit von den erfassten Zuständen in der elektrochemischen Zelle, insbesondere bei deren Herstellung oder bei deren Wartung, es möglich ist, die Ladekapazität der elektrochemischen Zellen zu verbessern und damit sowohl eine erhöhte Leistungsfähigkeit als auch eine verlängerte Lebensdauer der Batterie zu erreichen.
Unter einer elektrochemischen Zelle soll in diesem Zusammenhang ein elektrochemischer Energiespeicher verstanden werden, also eine Einrichtung, die Energie in chemischer Form speichern, in elektrischer Form an einen Ver- braucher abgeben und vorzugsweise auch in elektrischer Form aus einer Ladeeinrichtung aufnehmen kann. Wichtige Beispiele für solche elektrochemischen Energiespeicher sind galvanische Zellen oder Brennstoffzellen. Die elektrochemische Zelle weist wenigstens eine erste und eine zweite Einrichtung zur Speicherung elektrisch unterschiedlicher Ladungen, sowie ein Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung dieser beider genannten Einrichtungen auf, wobei Ladungsträger zwischen diesen beiden Einrichtungen verschoben werden können. Unter dem Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung ist z. B. ein Elektrolyt zu verstehen, welcher als lonenleiter wirkt.
In diesem Zusammenhang soll vorzugsweise ein Separator verwendet werden, welcher 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.
Unter Parameterdaten soll in diesem Zusammenhang nicht nur eine Mehrzahl an Parameterdaten, sondern gegebenenfalls auch ein einzelnes Parameterdatum verstanden werden. Dementsprechend soll in diesem Zusammenhang unter vorbestimmten Parameterwerten nicht nur eine Mehrzahl an vorbe- stimmten Parameterwerten, sondern gegebenenfalls auch ein einzelner vorbestimmter Parameterwert verstanden werden.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, dass bei dem Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität der Schritt des Erfassens von Parameterdaten mindestens eine lokale Erfassung aufweist mit einem Erfassen von lokalen Parameterdaten an den Sensorpositionen, insbesondere einem Erfassen der lonenbeweglichkeit in der elektrochemischen Zelle an den Sensorpositionen, und dass der Schritt des Zuweisens mindestens eine lokale Zuweisung aufweist mit einem Zuweisen der lokalen Parameterdaten zu den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle, vorzugsweise einem Abspeichern der lokalen Parameterdaten zu den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle, dass der Schritt des Bestimmens mittels der Steuereinheit mindestens eine lokale Bestimmung aufweist mit einem Bestimmen mittels der Steuereinheit, ob für die lokalen Parameterdaten an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte vorliegt, und dass der Schritt des Durchführens von speziellen Bearbeitungsschritten min- destens eine lokale spezielle Bearbeitung aufweist mit einem Durchführen von lokalen speziellen Bearbeitungsschritten an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle, wenn in dem Schritt des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der lokalen Parameterdaten in Bezug auf die vorbe- stimmten Parameterwerte bestimmt worden ist. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass mittels der lokalen spezifischen Bearbeitungsschritte gezielt auf die Bereiche der elektrochemischen Zelle eingewirkt und deren Zustand verbessert werden kann, wodurch diese Bereich auch zur Erhöhung der Ladekapazität beitragen können. Bevorzugt sind bei dem Verfahren die Sensoren ausgestaltet, ein magnetisches Feld an den Separator anzulegen und/oder Ionen zu injizieren, und weist der Schritt des Durchführens von lokalen Bearbeitungsschritten an der elektrochemischen Zelle mindestens einen der lokalen Sensorbearbeitungsschritte auf: ein Anlegen eines magnetischen Feldes mittels der Sensoren an den Sensor- Positionen in der elektrochemischen Zelle, wenn in dem Schritt des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der lokalen Parameterdaten in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte bestimmt worden ist, oder ein Injizieren von Ionen mittels der Sensoren an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle, wenn in dem Schritt des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der lokalen Parameterdaten in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte bestimmt worden ist.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die lokalen Bestimmungsschritte bei einem Formiervorgang der elektrochemischen Zelle durchgeführt werden, da sich bei der Formierung lokal ausbildende Schwachstelle erfasst werden können und gezielt spezifische Bearbeitungen an der elektrochemischen Zelle an deren Schwachstellen zur Verbesserung der Ladekapazität durchgeführt werden können. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn diese Schritte wiederholt durchgeführt. Mit dem Erfassen der lokalen Parameterdaten kann festgestellt werden, dass die elektrochemische Zelle formiert ist, und es kann auch festgestellt werden, wie die Interkalation jeweils an den lokalen Be- reichen stattfindet, die den jeweiligen Sensoren zugewiesen sind, wodurch sich Erkenntnisse auf den Ablauf dieser Vorgänge in den jeweiligen Bereichen ergeben. Aufgrund dieser Kenntnisse kann gegen unerwünschte Nebenreaktionen von z. B. Wasser, Bindern oder Elektrolyten gegengesteuert werden und ins- besondere kann eine Lithiumabscheidung oder eine Dendritenbildung verhindert werden. Beispielsweise kann in dem betreffenden Bereich das Potential be- einflusst werden oder es können gezielte Impulse angelegt werden. Somit liegt ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass neue Verfahren für eine effektive und qualitätsgerechte Formation zur Verfügung gestellt werden können, wo- durch sowohl die Formationszeiten verkürzt als auch die Ausbeute effektiv erhöht sowie eine genaue Klassifikation der elektrochemischen Zellen für verschiedenen Anwendungen bzw. Güteklassen durchgeführt werden kann.
Weiterhin können die lokalen Bestimmungsschritte bei einem Ladevorgang, bevorzugt bei einem Wartungsvorgang der elektrochemischen Zelle durchgeführt werden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass gezielt während eines Wartungsvorganges Bearbeitungen an der elektrochemischen Zelle an den erfassten Schwachstellen zur Verbesserung der Ladekapazität durchgeführt werden können, wobei sich insbesondere das Injizieren von Ionen gegen Alterungsprozesse als vorteilhaft erwiesen hat. Bei den Ladevorgängen der elektrochemischen Zelle können somit aufgrund der lokalen Bestimmungsschritte Schädigungen in den den Sensoren zugewiesenen Bereichen bzw. ein sektorales Absterben aufgrund von z. B. unsachgemäßer Benutzung, Alterung, topochemisch irrreversiblen Effekten oder chemischer Verstopfungen erfasst und überwacht werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können diese Schädigungen vermieden, beeinflusst und sogar geheilt werden, indem z. B. gezielte auflösenden Pulse oder gezielte Entladen verwendet wird, um die Lithium- abscheidungen wieder aufzulösen und danach die Interkalation, gegebenenfalls auf einem niedrigeren Niveau wieder einzustellen. Es sind auch Beipässe an den elektrochemischen Zellen möglich. Darüber hinaus ist das erfindungs- gemäße Verfahren auch besonders für tiefentladene elektrochemische Zellen vorteilhaft, bei denen es z. B. bei den Lade- oder Entladevorgängen bereichs- weise an den Elektroden zu verschiedenen Potentialunterschieden kommen kann. Dies kann dazu führen, dass es zu Anlösungen von z. B. Kupfer kommen kann, die zum Separator wandern und dort einen Kurzschluss auslösen können, wodurch sich eine Temperaturspitze bilden und ein thermisches Durchgehen auftreten kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dies vermieden bzw. geheilt werden. In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn ein Prüfschritt vor dem Anladen durchgeführt wird, um zu prüfen, ob derartige Zustände vorliegen und diese gegebenenfalls für eine Heilung gezielt zu beeinflussen. Bei einer Tiefentladung darf zur Vermeidung einer Brandgefahr nicht mit den Standard-Ladeverfahren wie z. B. einer Konstantstromladung (CC- Protokoll) oder einer Konstantspannungsladung (CV-Protokoll) geladen werden. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Sicherheit verbessert werden und darüber hinaus können auch z. B. Umpolungen oder Ladewiderstände verhindert bzw. verringert werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei den Formiervorgängen anstelle der Standardverfahren wie z. B. des CC- Protokolls für eine effektivere und gezielt beeinflusste Formierung ein Pulsladen (Makita-Protokoll) verwendet werden kann, wodurch eine Ladephase mit konstanter Spannung entfällt und Vorteile hinsichtlich des Zeit- und Energieaufwandes erreicht werden können, da mit diesem Verfahren der Energiebedarf und die Wärmeumwandlung wesentlich geringer ist.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Formatierung in Kombination mit einem GITT-Verfahren (galvanostatic Intermittent Titration Technique), das an die Formatierung angepasst ist, verwendet werden. Darüber hinaus können in Zusammenhang mit Elektronenlokalisierungsfunktionen die Vorgänge genauer erfasst und gezielt Verbesserungen bewirkt werden.
Als günstig hat es sich erwiesen, wenn der Schritt des Bestimmens mittels der Steuereinheit mindestens einer der folgenden Bestimmungsschritte aufweist: ein Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte erste Parameterwerte aufweisen und/oder ein Bestimmen, ob die übermittelten Parameter- daten vorbestimmte zweite Parameterwerte nicht aufweisen. Bevorzugt weist der Schritt des Bestimmens mittels der Steuereinheit mindestens einen der folgenden Bestimmungsschritte auf: ein Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte dritte Parameterwerte überschreiten und/oder ein Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte vierte Parameterwerte unterschreiten.
Außerdem kann der Schritt des Bestimmens mittels der Steuereinheit den Schritt aufweisen: ein Bestimmen, ob die Parameterdaten sich innerhalb mindestens eines vorbestimmten Parameterwertebereiches um einen vorbestimmten fünften Parameterwert befinden. Nach einem erstem Gesichtspunkt wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer an das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität elektrochemischen Zelle, die mindestens eine erste Aktivelektrode, vorzugsweise eine Anode, und mindestens eine zweite Aktivelektrode, vorzugsweise eine Kathode, und mindestens einen Separator aufweist, wobei das Verfahren die Schritte ein Bereit- stellen der ersten Aktivelektrode, ein Aufbringen des Separators und ein Aufbringen der zweiten Aktivelektrode aufweist, diese Aufgabe gelöst durch ein Aufbringen mindestens eines Sensors, vorzugsweise einer Anzahl an Sensoren, insbesondere einer Anzahl an magnetoresistiven Sensoren, auf die erste Aktivelektrode. Bevorzugt wird der Schritt des Aufbringens des Separators derart durchgeführt, dass der Sensor an die erste Aktivelektrode und an die zweite Aktivelektrode angrenzen kann. Es ist aber auch möglich, dass der Sensor derart angebracht wird, dass er entweder nur an die erste Aktivelektrode oder an die zweite Aktivelektrode angrenzt. Bei dem Herstellungsverfahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für den Schritt des Aufbringens einer Anzahl an Sensoren auf die erste Aktivelektrode mindestens eines der folgenden Verfahren mindestens teilweise verwendet wird: ein Aufdruckverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Eindruckverfahren, ein elektrophoretische Verfahren, ein Aufsprühverfahren, ein Aufsputterverfahren, ein Laserbeschichtungsverfahren, ein Laserstrukturierungsverfahren, ein Aufdampfverfahren oder ein chemisches oder ein physikalisches Gasphasen- abscheidungsverfahren.
Nach einem zweiten Gesichtspunkt wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer an das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität angepassten elektrochemischen Zelle, die mindestens eine erste Aktivelektrode, vorzugsweise eine Anode, und mindestens eine zweite Aktivelektrode, vorzugsweise eine Kathode, und mindestens ein Separator aufweist, wobei das Verfahren die Schritte ein Bereitstellen der ersten Aktivelektrode, ein Aufbringen des Separators und ein Aufbringen der zweiten Aktivelektrode aufweist, diese Aufgabe gelöst durch ein Aufbringen einer Anzahl an Sensoren, insbesondere einer Anzahl an magnetoresistiven Sensoren auf dem Separator, und vorzugsweise ein Einbringen der Sensoren in den Separator, nach dem Aufbringen des Separators. Bevorzugt wird der Schritt des Aufbringens einer Anzahl an Sensoren auf den Separator bzw. der Schritt des Einbringens einer Anzahl an Sensoren in den Separator derart durchgeführt wird, dass der Sensor an die erste Aktivelektrode und an die zweite Aktivelektrode angrenzen kann. Es ist aber auch möglich, dass der Sensor derart angebracht bzw. eingebracht wird, dass er entweder nur an die erste Aktivelektrode oder an die zweite Aktivelektrode angrenzt.
Bei dem Herstellungsverfahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für den Schritt für den Schritt des Aufbringen einer Anzahl an Sensoren auf den Separator bzw. den Schritt des Einbringens einer Anzahl an Sensoren in den Separator mindestens eines der folgenden Verfahren mindestens teilweise verwendet wird: ein Aufdruckverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Eindruck- verfahren, ein elektrophoretisches Verfahren, ein Aufsprühverfahren, ein Laserbeschichtungsverfahren, ein Laserstrukturierungsverfahren, ein Aufsputter- verfahren, ein Aufdampfverfahren oder ein chemisches oder physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren. Nach einem dritten Gesichtspunkt wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer an das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität angepassten elektrochemischen Zelle, die mindestens eine erste Aktivelektrode, vorzugsweise eine Anode, und mindestens eine zweite Aktivelektrode, vorzugsweise eine Kathode, und mindestens einen Separator aufweist, wobei das Verfahren die Schritte ein Bereitstellen der ersten Aktivelektrode, ein Aufbringen des Separators, und ein Aufbringen der zweiten Aktivelektrode aufweist, diese Aufgabe gelöst durch ein Aufbringen einer Anzahl an Sensoren, insbesondere einer Anzahl an magnetoresistiven Sensoren auf den Separator, vorzugsweise ein Einbringen der Anzahl an Sensoren in den Separator, vor dem Aufbringen des Separators.
Bevorzugt wird der Schritt des Aufbringen einer Anzahl an Sensoren auf den Separator bzw. der Schritt des Einbringens einer Anzahl an Sensoren in den Separator, derart durchgeführt wird, dass der Sensor an die erste Aktivelektrode oder an die zweite Aktivelektrode angrenzen kann. Bei dem Herstellungsverfahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für den Schritt des Aufbringens einer Anzahl an Sensoren auf den Separator bzw. für den Schritt des Einbringen einer Anzahl an Sensoren in den Separator mindestens eines der folgenden Verfahren mindestens teilweise verwendet wird: ein Aufdruckverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Eindruckverfahren, ein elektro- phoretisches Verfahren, ein Aufsprühverfahren, ein Laserbeschichtungs- verfahren, ein Laserstrukturierungsverfahren, ein Aufsputterverfahren, ein Aufdampfverfahren oder ein chemisches oder ein physikalisches Gasphasen- abscheidungsverfahren.
Nach allen drei vorstehend aufgeführten Gesichtspunkten für die Herstellungs- verfahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Herstellungsverfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweist: ein Aufbringen von Sensorleitungen, vorzugsweise Steuer- und/oder Messleitungen auf der ersten Aktivelektrode oder ein Aufbringen von Sensorleitungen, vorzugsweise Steuer- und/oder Messleitungen auf dem Separator. Weiterhin hat es sich bei diesen Herstellungsverfahren als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verfahren aufweist: ein Vorbereiten des Separators für das Aufbringen und/oder ein Einbringen der Anzahl an Sensoren, wobei vorzugsweise für diesen Schritts des Vorbereiten des Separators mindestens eines der folgenden Verfahren mindestens teilweise verwendet wird: ein Ausstanzverfahren, ein Einstanzverfahren, ein Laserstrukturierungsverfahren oder ein Ätzverfahren.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt wird diese Aufgabe bei einer elektrochemischen Zelle, insbesondere bei einer für eine Anwendung in Kraftfahr- zeugen ausgestalteten elektrochemischen Zelle, mit mindestens einer ersten Aktivelektrode, vorzugsweise einer Anode, mindestens einer zweiten Aktivelektrode, vorzugsweise einer Kathode, und mindestens einem Separator, dadurch gelöst, dass zwischen der ersten Aktivelektrode und der zweiten Aktivelektrode an und/oder in dem Separator bzw. auf der ersten Aktivelektrode und/oder auf zweiten Aktivelektrode mindestens ein Sensor, vorzugsweise eine Anzahl an Sensoren, insbesondere eine Anzahl an magnetoresistiven Sensoren angeordnet ist, die über Sensorleitungen, vorzugsweise Steuer- und/oder Messleitungen, mit einer Steuereinheit verbunden sind. Die Sensoren können in den Separator eingebracht sein, sie können aber auch auf dem Separator oder auf der Anode oder auf der Kathode angebracht sein. Ein Vorteil dieser elektrochemischen Zellen liegt darin, dass der Fluss der Lithium-Ionen örtlich verteilt gemessen werden kann und dass die Anwesenheit unerwünschter Spurengase in der Zelle wie z. B. Sauerstoff (bei z. B. Lecks oder Beschädigungen der Hülle) einfach erfasst werden kann, wodurch kann die Sicherheit erhöht wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch Anlegen einer Gegenspannung es möglich ist, den Sensor als lonenbremse wirken zu lassen. Weiterhin ist es möglich bei Messung der lonenbeweglichkeit gezielt zusätzliche Ionen in eine elektrochemische Zelle hinein zu injizieren, um z. B. durch Wartungsvorgänge die Alterung zu verzögern. Bevorzugt weist bei dieser elektrochemischen Zelle der Sensor mindestens eine Sensoreinheit auf, die aus einer Sensoreinheitengruppe ausgewählt worden ist, die umfasst: eine Stromsensoreinheit, eine lonensensoreinheit oder eine Lecksensoreinheit. Besonders bevorzugt weist bei dieser elektrochemischen Zelle der Sensor mindestens eine Funktionseinheit auf, die aus einer Funktionseinheitengruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: eine als lonenbremse ausgestalte Funktionseinheit oder eine zur Magnetisierung ausgestalte Funktionseinheit.
Nach einem anderen Gesichtspunkt wird diese Aufgabe bei einer Batterie dadurch gelöst, dass sie eine Anzahl erfindungsgemäßer elektrochemischen Zellen und eine Steuerung für die Sensoren aufweist.
Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Batterie mit elektrochemischen Zellen, die zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestaltet ist.
Im Folgenden werden Vorteile der Erfindung anhand bevorzugter Ausführungs- beispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Längsschnitt einer elektrochemischen Zelle nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung der elektrochemischen
Zelle nach dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 6 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erhöhung der Lade- kapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem vierten Ausführungsbeispiel,
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem vierten Ausführungsbeispiel,
Fig. 1 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem fünften Ausführungsbeispiel,
Fig. 12 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem fünften Ausführungsbeispiel,
Fig. 13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem sechsten Ausführungsbeispiel,
Fig. 14 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem sechsten Ausführungsbeispiel,
Fig. 15 eine Darstellung bevorzugter Schritte bei einer Bearbeitung der elektrochemischen Zelle,
Fig. 16 ein Ablaufdiagramm für ein Herstellungsverfahren einer elektrochemischen Zelle nach einem ersten Ausführungsbeispiel für das Herstellungsverfahren, Fig. 17 ein Ablaufdiagramm für ein Herstellungsverfahren einer elektrochemischen Zelle nach einem zweiten Ausführungsbeispiel für das Herstellungsverfahren und
Fig. 18 ein Ablaufdiagramm für ein Herstellungsverfahren einer elektro- chemischen Zelle nach einem dritten Ausführungsbeispiel für das
Herstellungsverfahren.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf einen Längsschnitt einer elektrochemischen Zelle 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel und die Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der elektro- chemischen Zelle 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die elektrochemische Zelle 1 weist in einer Hülle 6 eine Anode 2, eine Kathode 3 und einen zwischen der Anode 1 und der Kathode 3 angeordneten Separator 4 auf. Eine Anzahl an Sensoren 5, vorzugsweise eine Anzahl an magnetoresistiven Sensoren, ist z. B. in einen Teilbereich des Separator 4 eingebracht und über Sensorleitungen 7 mit einer in den Figuren nicht dargestellten Steuereinheit verbunden. ~ Es ist aber auch möglich, dass nur ein Sensor 5 in der elektrochemischen Zelle 1 angeordnet ist oder dass über den gesamten Bereich des Separators 4 Sensoren 5 angebracht sind. Weiterhin kann jeweils eine Steuereinheit einer einzelnen elektrochemischen Zelle 1 zugeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass eine Steuereinheit mehreren elektrochemischen Zellen 1 zugeordnet ist. Die Steuereinheit kann auch in einem Batteriemanagementsystem eingebunden sein.
Nach weiteren in diesen Figuren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass die Sensoren 5 nicht in den Separator 4 eingebracht, sondern mit entsprechender Anordnung der Sensorleitungen 7 auf dem Separator 4 oder auf der Anode 2 oder auf der Kathode 3 angebracht sind.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem ersten Ausführungsbeispiel. In einem Schritt S1 1 werden Parameterdaten DPar. einer zu untersuchenden elektrochemischen Zelle mittels der Sensoren 5 erfasst. In einem Schritt S12 werden die Parameterdaten DPar. der Steuereinheit über die Sensorleitungen 7 übermittelt und in einem Schritt S13 werden die Parameterdaten DPar. der elektrochemischen Zelle 1 zugewiesen. Mittels der Steuereinheit wird bestimmt, ob die Parameterdaten DPar. eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf vorbe- stimmte Parameterwerte Wpar. aufweisen. Falls die Parameterdaten DPar. die vorbestimmte Beziehung in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte WPar. aufweisen, wird in einem Bearbeitungsschritt S15 an der elektrochemische Zelle 1 eine vorbestimmte Bearbeitung durchgeführt.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Ver- fahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel, bei der der Schritt S11 des Erfassens von Parameterdaten DPar der zu untersuchenden elektrochemischen Zelle mindestens einen Schritt S1 1 ' des Erfassens von lokalen Parameterdaten D|0k.Par. an den Sensorpositionen, insbesondere einen Schritt des Erfassens der lonen- beweglichkeit in der elektrochemischen Zelle 1 an den Sensorpositionen aufweist, und bei der der Schritt S13 des Zuweisens der Parameterdaten mindestens einen Schritt S13' des Zuweisens lokaler Parameterdaten D|0k.par. zu den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle 1 , insbesondere einen Schritt des Abspeicherns der lokalen Parameterdaten D|0k.Par. zu den Sensorpositionen in der elektrochemische Zelle 1 aufweist, und bei der der Schritt S1 des Bestimmens mittels der Steuereinheit mindestens einen lokalen Bestimmungsschritt S14' des Bestimmens mittels der Steuereinheit, ob an den Sensorpositionen für die lokalen Parameterdaten D|0k.Par. eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte vorliegt, aufweist, und bei der der Bearbeitungsschritt S15 des Durchführens von Bearbeitungen mindestens einen lokalen Bearbeitungsschritt S15' des Durchführens von lokalen Bearbeitungen an den Sensorpositionen aufweist, falls in dem lokalen Bestimmungsschritt S14' an den Sensorpositionen das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der lokalen Parameterdaten in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte bestimmt worden ist. Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, deren Schritte S1 1 bis S13 denen des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird. Mittels der Steuereinheit wird in einem Schritt S14a bestimmt, ob die Parameterdaten DPar. vorbestimmte erste Parameterwerte WPar.i aufweisen. Falls die Parameterdaten DPar. die vorbestimmten ersten Parameterwerte Wpar1 aufweisen, wird in dem Bearbeitungsschritt S15 für die elektrochemische Zelle die vorbestimmte Bearbeitung durchgeführt. Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, deren Schritte S1 1 ' bis S13' denen der bevorzugten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird, und bei der der Schritt 14a des Bestimmens mittels der Steuereinheit aufweist: mindestens einen lokalen Bestimmungsschritt S1 a' des Bestimmens mittels der Steuereinheit, ob an den Sensorpositionen die lokalen Parameterdaten D|0k.par. vorbestimmte erste Parameterwerte WPar 1 aufweisen, und bei der der Schritt S15 des Durchführens von Bearbeitungen aufweist: mindestens einen lokalen Bearbeitungsschritt S15' des Durchführens von lokalen Bearbeitungen an den Sensorpositionen aufweist, falls in dem lokalen Bestimmungsschritt S14a' an den Sensorpositionen bestimmt worden ist, dass die lokalen Parameterdaten D|0k.par. vorbestimmte erste Parameterwerte WPar.i aufweisen.
Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Erhöhung der Lade- kapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem dritten Ausführungsbeispiel, deren Schritte S1 1 bis S13 denen des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird. Mittels der Steuereinheit wird in einem Schritt S14b bestimmt, ob diese Parameterdaten Dpar. vorbestimmte zweite Parameterwerte WPar.2 nicht aufweisen. Falls die Para- meterdaten DPar. die vorbestimmten zweiten Parameterwerte WPar.2 nicht auf- weisen, wird in einem Schritt S15 für die elektrochemische Zelle die vorbestimmte Bearbeitung durchgeführt.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem dritten Ausführungsbeispiel, deren Schritte S1 1 ' bis S13' denen der bevorzugten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird, und bei der der Schritt 14b des Bestimmens mittels der Steuereinheit aufweist: mindestens einen lokalen Bestimmungsschritt S14b' des Bestimmens mittels der Steuereinheit, ob an den Sensorpositionen die lokalen Parameterdaten D|0k.par. vorbestimmte zweite Parameterwerte WPar.2 nicht aufweisen, und bei der der Schritt S15 des Durchführens von Bearbeitungen aufweist: mindestens einen lokalen Bearbeitungsschritt S15' des Durchführens von lokalen Bearbeitungen an den Sensorpositionen, falls in dem lokalen Bestimmungsschritt S14b' an den Sensorpositionen bestimmt worden ist, dass die lokalen Parameterdaten D|0k.par. vorbestimmte zweite Parameterwerte WPar.2 nicht aufweisen.
Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem vierten Ausführungsbeispiel, deren Schritte S1 1 bis S13 denen des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird. Mittels der Steuereinheit wird in einem Schritt S14c bestimmt, ob die Parameterdaten Dpar. vorbestimmte dritte Parameterwerte WPar.3 überschreiten. Falls die Parameterdaten DPar. die vorbestimmten dritten Parameterwerte Wpar.3 überschreiten, wird für die elektrochemische Zelle 1 in einem Schritt S15 die vorbestimmte Bearbeitung durchgeführt.
Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem vierten Ausführungsbeispiel, deren Schritte S11 ' bis S13' denen der bevorzugten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird, und bei der der Schritt 14c des Bestimmens mittels der Steuereinheit aufweist: mindestens einen lokalen Bestimmungsschritt S14c' des Bestimmens mittels der Steuereinheit, ob an den Sensorpositionen die lokalen Parameterdaten D|0k.par. vorbestimmte vorbestimmte dritte Parameterwerte WPar.3 überschreiten, und bei der der Schritt S15 des Durchführens von Bearbeitungen aufweist: mindestens einen lokalen Bearbeitungsschritt S15' des Durchführens von lokalen Bearbeitungen an den Sensorpositionen, falls in dem lokalen Bestimmungsschritt S14c' an den Sensorpositionen bestimmt worden ist, dass die lokalen Parameterdaten D|0k.par. vorbestimmte dritte Parameterwerte WPar 3 überschreiten. Fig. 1 1 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem fünften Ausführungsbeispiel, deren Schritte S1 1 bis S13 dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird. Mittels der Steuereinheit wird in einem Schritt S14d bestimmt, ob die Parameterdaten Dpar. vorbestimmte vierte Parameterwerte WPar 4 unterschreiten. Falls die Parameterdaten DPar. die vorbestimmten vierten Parameterwerte WPar.4 unterschreiten, wird in einem Schritt S15 für die elektrochemische Zelle 1 die vorbestimmte Bearbeitung durchgeführt.
Fig. 12 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Ver- fahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem fünften Ausführungsbeispiel, deren Schritte S1 1 ' bis S13' denen der bevorzugten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird, und bei der der Schritt S14d des Bestimmens mittels der Steuereinheit aufweist: mindestens einen lokalen Bestimmungsschritt S14d' des Bestimmens mittels der Steuereinheit, ob an den Sensorpositionen die lokalen Parameterdaten D|0k.par. vorbestimmte vorbestimmte vierte Parameterwerte WPar.4 unterschreiten, und bei der der Schritt S15 des Durchführens von Bearbeitungen aufweist: mindestens einen lokalen Bearbeitungsschritt S15' des Durchführens von lokalen Bearbeitungen an den Sensorpositionen, falls in dem lokalen Bestimmungsschritt S14d' an den Sensorpositionen bestimmt worden ist, dass die lokalen Parameterdaten D|0k Par. vorbestimmte vierte Parameterwerte WPar.4 unterschreiten.
Fig. 13 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach einem sechsten Ausführungs- beispiel, deren Schritte S1 1 bis S13 denen des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird. Mittels der Steuereinheit wird in einem Schritt S14e bestimmt, ob die Parameterdaten Dpar sich innerhalb eines vorbestimmten Parameterbereiches um einen vorbestimmten fünften Parameterwert WPar.5 befinden. Falls die Parameterdaten Dpar. sich innerhalb des vorbestimmten Parameterbereiches um den vorbestimmten fünften Parameterwert WPar.5 befinden, wird in einem Bearbeitungsschritt S15 für die elektrochemische Zelle die vorbestimmte Bearbeitung durchgeführt.
Fig. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausgestaltung des Ver- fahrens zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, deren Schritte S1 1 ' bis S13' denen der bevorzugten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispieles entsprechen, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird, und bei der der Schritt S14e des Bestimmens mittels der Steuereinheit aufweist: mindestens einen lokalen Bestimmungsschritt S14e' des Bestimmens mittels der Steuereinheit, ob die Parameterdaten DPar. sich innerhalb eines vorbestimmten Parameterbereiches um einen vorbestimmten fünften Parameterwert WPar 5 befinden, und bei der der Schritt S15 des Durchführens von Bearbeitungen aufweist: mindestens einen lokalen Bearbeitungsschritt S15' des Durchführens von lokalen Bearbeitungen an den Sensorpositionen, falls in dem lokalen Bestimmungsschritt S14d' an den Sensorpositionen bestimmt worden ist, dass die Parameterdaten Dpar. sich innerhalb eines vorbestimmten Parameterbereiches um den vorbestimmten fünften Parameterwert Wpar.5 befinden.
Fig. 15 zeigt eine Darstellung bevorzugter Schritte bei der Durchführung von lokalen Bearbeitungsschritten an den Sensorpositionen in der elektro- chemischen Zelle. Wie in der Fig. 15 gezeigt ist, weist das Verfahren bevorzugt mindestens einen der lokalen Sensorbearbeitungsschritte auf: einen Schritt S15a des Anlegens eines magnetischen Feldes mittels der Sensoren 5 an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle 1 , wenn in dem Schritt S14' des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der lokalen Parameterdaten D|0k.Par. in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte WPar, par.1 , Wpar.2, WPar.3, WPar 4, WPar.5 bestimmt worden ist, oder einen Schritt S15b des Injizierens von Ionen mittels der Sensoren 5 an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle 1 , wenn in dem Schritt S14' des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der lokalen Parameterdaten D|0k.Par. in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte WPar., WPar 1, WPar.2, WPar 3, WPar 4, WPar5 bestimmt worden ist.
Fig. 16 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Herstellungsverfahren einer an das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität angepassten elektrochemischen Zelle nach einem ersten Ausführungsbeispiel für das Herstellungsverfahren. In einem Schritt S3 wird eine erste Aktivelektrode, z. B. eine Anode 2, bereitgestellt. Nachfolgend wird in einem Schritt S4 eine Anzahl an Sensoren 5, vorzugsweise eine Anzahl an magnetoresistiven Sensoren, auf die Anode 2 und in einem Schritt S4a eine Anzahl an Sensorleitungen 7; vorzugsweise eine Anzahl an Steuer- und/oder Messleitungen, auf die Anode 2 aufgebracht, wobei die Schritte S4 und S4a gleichzeitig oder in zueinander beliebiger Reihenfolge erfolgen können. Nachfolgend wird in einem Schritt S5 der Separator 4 und in einem Schritt S7 die zweite Aktivelektrode, z. B. eine Kathode 3 aufgebracht. In einem Schritt S8 kann eine Hülle 6 für die elektrochemische Zelle 1 angebracht werden.
Fig. 17 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Herstellungsverfahren einer an das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität angepassten elektrochemischen Zelle nach einem zweiten Ausführungsbeispiel für das Herstellungsverfahren. In einem Schritt S3 wird eine erste Aktivelektrode, z. B. eine Anode 2, bereitge- stellt. Nachfolgend wird in einem Schritt S5 der Separator 4 auf die Anode 2 aufgebracht. Nachfolgend wird in einem Schritt S6 eine Anzahl an Sensoren 5, vorzugsweise eine Anzahl an magnetoresistiven Sensoren, auf den Separator 4 aufgebracht und/oder in den Separator 4 eingebracht und in einem Schritt S6a eine Anzahl an Sensorleitungen 7, vorzugsweise eine Anzahl an Steuer- und/oder Messleitungen, auf den Separator 4 aufgebracht und/oder in den Separator 4 eingebracht, wobei die Schritte S6 und S6a gleichzeitig oder in zueinander beliebiger Reihenfolge erfolgen können. Nachfolgend wird in einem Schritt
57 die zweite Aktivelektrode, z. B. eine Kathode 3 aufgebracht. In einem Schritt
58 kann eine Hülle 6 für die elektrochemische Zelle 1 angebracht werden. Fig. 18 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Herstellungsverfahren einer an das Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität angepassten elektrochemischen Zelle nach einem dritten Ausführungsbeispiel für das Herstellungsverfahren. In einem Schritt S1 wird der Separator 4 für ein Aufbringen und/oder ein Einbringen einer Anzahl an Sensoren 5 vorbereitet, wobei der Schritt S1 auch bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel für das Verfahren durchgeführt werden kann. In einem Schritt S2 wird eine Anzahl an Sensoren 5, vorzugsweise eine Anzahl an magnetoresistiven Sensoren, auf den Separator 4 aufgebracht und/oder in den Separator 4 eingebracht und in einem Schritt S2a eine Anzahl an Sensorleitungen 7, vorzugsweise eine Anzahl an Steuer- und/oder Messleitungen, auf den Separator 4 aufgebracht und/oder in den Separator 4 eingebracht, wobei die Schritte S2 und S2a gleichzeitig oder in zueinander beliebiger Reihenfolge erfolgen können. Nachfolgend wird in einem Schritt S3 eine erste Aktivelektrode, z. B. eine Anode 2, bereitgestellt. Nachfolgend wird in einem Schritt S5 der Separator 4 und in einem Schritt S7 die zweite Aktivelektrode, z. B. eine Kathode 3 aufgebracht. In einem Schritt S8 kann eine Hülle 6 für die elektrochemische Zelle 1 angebracht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie mit erhöhter Leistungsfähigkeit, welche diese elektrochemischen Zellen aufweist, insbesondere eine zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestaltete Batterie, welche diese elektrochemischen Zellen aufweist. Bezugszeichenliste
1 elektrochemische Zelle
2 Anode
3 Kathode
4 Separator
5 Sensor
6 Hülle
7 Sensorleitung Dpar. Parameterdaten
Diok Par lokale Parameterdaten
Wswt.i erste Parameterwerte
Wswt.2 zweite Parameterwerte
Wswt.3 dritte Parameterwerte
WSwt 4 vierte Parameterwerte
Swt 5 fünfte Parameterwerte
S1 Vorbereiten des Separators für das Aufbringen und/oder Einbringen der
Sensoren
S2 Aufbringen einer Anzahl an Sensoren auf den Separator
S2a Aufbringen von Sensorleitungen auf dem Separator
53 Bereitstellen der Anode
54 Aufbringen einer Anzahl an Sensoren auf die Anode
S4a Aufbringen von Sensorleitungen auf der Anode
S5 Aufbringen des Separators
56 Aufbringen einer Anzahl an Sensoren auf den Separator
S6a Aufbringen von Sensorleitungen auf dem Separator
57 Aufbringen der zweiten Aktivelektrode
S1 1 Erfassen von Parameterdaten der individuellen zu untersuchenden elektrochemischen Zelle mittels der Sensoren
S1 1 ' Erfassen von lokalen Parameterdaten 512 Übermitteln der Parameterdaten an eine Steuereinheit
513 Zuweisen der elektrochemischen Zelle zu den Parameterdaten
S13' Zuweisen der lokalen Parameterdatenzu den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle
S14 Bestimmen, ob für die Parameterdaten eine vorbestimmte Beziehung in
Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte vorliegt
S14' Bestimmen, ob für die lokalen Parameterdaten an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf vorbestimmte lokale Parameterwerte vorliegt
S14a Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte erste
Parameterwerte aufweisen
S14a' Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte erste
Parameterwerte aufweisen
S14b Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte zweite Parameterwerte nicht aufweisen
S14b' Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte zweite
Parameterwerte nicht aufweisen
S14c Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte dritte
Parameterwerte überschreiten
S14c' Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte dritte
Parameterwerte überschreiten
S14d Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte vierte
Parameterwerte unterschreiten
S14d' Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte vierte Parameterwerte unterschreiten
S14e Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten sich innerhalb eines vorbestimmten Parameterwertebereiches um einen vorbestimmten fünften Parameterwert befinden
S14e' Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten sich innerhalb eines vorbestimmten Parameterwertebereiches um einen vorbestimmten fünften Parameterwert befinden
S15 Durchführen von Bearbeitungsschritten an der elektrochemischen Zelle S15' Durchführen von lokalen Bearbeitungsschritten an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle
S15a Anlegen eines magnetischen Feldes mittels der Sensoren an den
Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle
S15b Injizieren von Ionen mittels der Sensoren an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität einer elektrochemischen Zelle (1 ), insbesondere zur Erhöhung der Ladekapazität einer für eine Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestalteten elektrochemischen Zelle, die mindestens aufweist:
eine erste Aktivelektrode (2),
eine zweite Aktivelektrode (3),
einen zwischen der ersten Aktivelektrode (2) und der zweiten Aktivelektrode (3) angeordneten Separator (4),
mindestens einen Sensor (5), vorzugsweise eine Anzahl an Sensoren (5), insbesondere eine Anzahl an magnetoresistiven Sensoren, wobei die Anzahl an Sensoren (5) zwischen der ersten Aktivelektrode (2) und der zweiten Aktivelektrode (3) an und/oder in dem Separator (4) bzw. an der ersten
Aktivelektrode (2) und/ oder an der zweiten Aktivelektrode (3) abgeordnet ist, und
mit den Sensoren (5) verbundene Sensorleitungen (7), vorzugsweise Steuer- und/oder Messleitungen,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Erhöhung der
Ladekapazität die Schritte aufweist:
(511 ) Erfassen von Parameterdaten (DPar.) der individuellen zu untersuchenden elektrochemischen Zelle (1 ) mittels der Sensoren (5),
(512) Übermitteln der Parameterdaten (DPar.) mit den Sensorleitungen (7) an eine Steuereinheit,
(513) Zuweisen der Parameterdaten (DPar ) zu der elektrochemischen Zelle (1 ), vorzugsweise Abspeichern der Parameterdaten (DPar.) zu der elektrochemischen Zelle (1 ), und
(514) Bestimmen mittels der Steuereinheit, ob für die Parameterdaten eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf vorbe- stimmte Parameterwerte (WPar., WPar.i , WPar.2, WPar.3, WPar 4, WPar1 5) vorliegt, und
(S15) Durchführen von spezifischen Bearbeitungsschritten an der elektrochemischen Zelle (1 ), wenn in dem Schritt (S14) des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten (DPar.) in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte (WPar., WPar 1, WPar 2, WPar 3, WPar 4, WPart.5) bestimmt worden ist.
Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren der Schritt (S1 1 ) des
Erfassens von Parameterdaten (DPar.) mindestens einen lokalen
Erfassungsschritt aufweist mit:
(S1 1 ') Erfassen von lokalen Parameterdaten (D|0k.Par.) an den
Sensorpositionen, insbesondere Erfassen der lonen- beweglichkeit in der elektrochemischen Zelle (1 ) an den Sensorpositionen,
dass der Schritt (S13) des Zuweisens mindestens einen lokalen
Zuweisungsschritt aufweist mit:
(S13') Zuweisen der lokalen Parameterdaten (D|0k.par.) zu den
Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle (1 ), vorzugsweise Abspeichern der lokalen Parameterdaten (D|0k.Par.) zu den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle (1 ),
dass der Schritt (S14) des Bestimmens mittels der Steuereinheit mindestens einen lokalen Bestimmungsschritt aufweist mit:
(S14') Bestimmen mittels der Steuereinheit, ob für die lokalen Parameterdaten (D|0k.par.) an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle (1 ) eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte (Wpar., WPar 1 , WPar.2, WPar.3) WPar 4, WPart.5) vorliegt, und dass der Schritt (S15) des Durchführens von spezifischen Bearbeitungsschritten mindestens einen lokalen spezifischen Bearbeitungsschritt aufweist mit:
(S15') Durchführen von lokalen spezifischen Bearbeitungsschritten an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle (1), wenn in dem Schritt (S14') des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der lokalen Parameterdaten (D|0k.par.) in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte (WPar., WPar 1, WPar.2, WPar.3, Wpar.4, Wpar1 5) bestimmt worden ist.
Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (5) ausgestaltet sind, ein magnetisches Feld an den Separator (4) anzulegen und/oder die Ionen zu injizieren; und dass der Schritt (S15') des Durchführens von lokalen spezifischen Bearbeitungsschritten an der elektrochemischen Zelle (1 ) mindestens einen der lokalen Sensorbearbeitungsschritte aufweist:
(S15a) Anlegen eines magnetischen Feldes mittels der Sensoren (5) an den Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle (1 ), wenn in dem Schritt (S14') des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der lokalen Parameterdaten (Diok.par.) in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte (WPar., WPar 1 , WPar.2, WPar.3, Wpar.4, Wpart.5) bestimmt worden ist, oder
(S15b) Injizieren von Ionen mittels der Sensoren (5) an den
Sensorpositionen in der elektrochemischen Zelle (1), wenn in dem Schritt (S14') des Bestimmens das Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der lokalen Parameterdaten (Diok.par.) in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte (Wpar., Wpan , WPar 2, WPar 3, Wpar.4, WPart 5) bestimmt worden ist. Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Bestimmungsschritte (S14') bei einem Formiervorgang der elektrochemischen Zelle (1 ) durchgeführt werden.
Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Bestimmungsschritte (S14') bei einem Ladevorgang, bevorzugt bei einem Wartungsvorgang der elektrochemischen Zelle (1 ) durchgeführt werden.
Verfahren zur Erhöhung der Ladekapazität nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (S14) des Bestimmens mittels der Steuereinheit mindestens einer der folgenden
Bestimmungsschritte aufweist:
(S14a) Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten (DPar.) vorbestimmte erste Parameterwerte (WSwt.i) aufweisen,
(S14b) Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten (DPar.) vorbestimmte zweite Parameterwerte (WSwt.2) nicht aufweisen,
(S14c) Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten (DPar.) vorbestimmte dritte Parameterwerte (WSwt.3) überschreiten,
(S14d) Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten (DPar.) vorbestimmte vierte Parameterwerte (WSwt.4) unterschreiten, oder
(S14e) Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten (DPar.) sich innerhalb eines vorbestimmten Parameterwerte- bereiches um einen vorbestimmten fünften Parameterwert
(Wswt.5) befinden.
7. Herstellungsverfahren einer elektrochemischen Zelle (1 ), insbesondere einer für eine Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestalteten elektro- chemischen Zelle, mit mindestens einer ersten Aktivelektrode (2), einer zweiten Aktivelektrode (3) und einen zwischen der ersten Aktivelektrode (2) und der zweiten Aktivelektrode (3) angeordneten Separator (4), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
(53) ein Bereitstellen der ersten Aktivelektrode (2),
(55) ein Aufbringen des Separators (4) und
(S7) ein Aufbringen der zweiten Aktivelektrode (3).
dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren mindestens einen der folgenden Sensoraufbringschritte aufweist:
(S2) ein Aufbringen mindestens eines Sensors (5), vorzugsweise einer Anzahl an Sensoren (5), insbesondere einer Anzahl an magnetoresistiven Sensoren auf den Separator
(4) , vorzugsweise ein Einbringen der Anzahl an Sensoren
(5) in den Separator (4),
(54) ein Aufbringen einer Anzahl an Sensoren (5), insbesondere einer Anzahl an magnetoresistiven Sensoren, auf die erste Aktivelektrode (2), oder
(56) ein Aufbringen einer Anzahl an Sensoren (5), insbesondere einer Anzahl an magnetoresistiven Sensoren, auf den Separator (4), und vorzugsweise ein Einbringen der Sensoren (5) in den Separator (4).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (S2) des Aufbringens einer Anzahl an Sensoren (5) auf den Separator (4) bzw. der Schritt (S2') des Einbringens einer Anzahl an Sensoren (5) in den Separator (4) bzw. der Schritt (S5) des Aufbringens des Separators (4) bzw. der Schritt (S6) des Aufbringen einer Anzahl an Sensoren (5) auf den Separator (4) bzw. der Schritt (S6') des Einbringens einer Anzahl an Sensoren (5) in den Separator (4) derart durchgeführt wird, dass der Sensor (5) an die erste Aktivelektrode (2) und an die zweite Aktivelektrode (3) angrenzen kann. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Schritt (S2) des Aufbringens einer Anzahl an Sensoren (5) auf den Separator (4) bzw. dass für den Schritt des Einbringens einer Anzahl an Sensoren (5) in den Separator (4) mindestens eines der folgenden Verfahren mindestens teilweise verwendet wird:
ein Aufdruckverfahren,
ein Siebdruckverfahren,
ein Eindruckverfahren,
ein elektrophoretisches Verfahren,
ein Aufsprühverfahren,
ein Laserbeschichtungsverfahren,
ein Laserstrukturierungsverfahren,
ein Sputterverfahren,
ein Aufdampfverfahren oder
ein chemisches oder ein physikalisches Gasphasen- abscheidungsverfahren.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweist:
(S4a) ein Aufbringen von Sensorleitungen (7) auf der ersten Aktivelektrode (2), vorzugsweise ein Aufbringen von Steuer- und/oder Messleitungen auf der ersten
Aktivelektrode (2) oder
(S2a, S6a) ein Aufbringen von Sensorleitungen (7) auf dem Separator (4), vorzugsweise ein Aufbringen von Steuer- und/oder Messleitungen auf dem Separator (4).
11. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: (S1 ) ein Vorbereiten des Separators (4) für das Aufbringen und/ oder ein Einbringen der Anzahl an Sensoren (5), wobei vorzugsweise für diesen Schritts des Vorbereitens des Separators (4) mindestens eines der folgenden Verfahren mindestens teilweise verwendet wird:
ein Ausstanzverfahren,
ein Einstanzverfahren,
ein Laserstrukturierungsverfahren oder
ein Ätzverfahren.
12. Elektrochemische Zelle (1 ) insbesondere eine für eine Anwendung in Kraftfahrzeugen ausgestaltete elektrochemischen Zell, mit mindestens:
einer ersten Aktivelektrode (2),
einer zweiten Aktivelektrode (3) und
einem zwischen der ersten Aktivelektrode (2) und der zweiten Aktivelektrode (3) angeordneten Separator (4), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Aktivelektrode (2) und der zweiten Aktivelektrode (3) an und/oder in dem Separator (4) bzw. an der ersten Aktivelektrode (2) und/oder an der zweiten Aktivelektrode (3) mindestens ein Sensor (5), vorzugsweise eine Anzahl an Sensoren (5), insbesondere eine Anzahl an magnetoresistiven Sensoren
angeordnet ist und dass die Sensoren mit Sensorleitungen (7), vorzugsweise mit Steuer- und/oder Messleitungen mit einer Steuereinheit verbunden sind.
Elektrochemische Zelle (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mindestens eine Sensoreinheit aufweist, die aus einer Sensoreinheitengruppe ausgewählt worden ist, die aufweist:
eine Stromsensoreinheit,
eine lonensensoreinheit oder
eine Lecksensoreinheit. Elektrochemische Zelle (1 ) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mindestens eine Funktionseinheit aufweist, die aus einer Funktionseinheitengruppe ausgewählt worden ist, die aufweist:
eine als lonenbremse ausgestalte Funktionseinheit oder eine zur Magnetisierung ausgestalte Funktionseinheit.
Batterie mit einer Anzahl elektrochemischer Zellen (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (5) über Sensorleitungen (7), vorzugsweise über Steuer- und/oder
Messleitungen, mit einer Steuereinheit verbunden sind, die vorzugsweise auch als mindestens teilweises Batteriemanagementsystem ausgestaltet ist.
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