使負(fù)載中的電池、尤其是鋰離子電池運(yùn)行的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于使負(fù)載中的電池、尤其是鋰離子電池運(yùn)行(Betreiben)的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]可再充電的電池、尤其是鋰離子電池在多個(gè)產(chǎn)品中被用作蓄能器。目前可用的鋰離子電池在安全技術(shù)上看來是關(guān)鍵的。在事故情況下，電池可能燃燒，發(fā)出有毒的氣體和灰塵并且甚至爆炸。在鋰離子電池的情況下的熱燒穿主要是由有機(jī)電解質(zhì)(常常是有機(jī)碳酸鹽、諸如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)等等)在高溫情況下的加速氧化引起的。在這種情況下決定性的是放熱的自加速，所述放熱的自加速貫穿電池直到最終的燃燒和與之相關(guān)的熱失控(Dur chgehen )。該燃燒最后由金屬氧化的陰極材料的氧釋放(Sauerstofffreisetzung)來觸發(fā)，所述金屬氧化的陰極材料利用電解質(zhì)的有機(jī)物產(chǎn)生可燃燒的混合物。對(duì)于這種不穩(wěn)定性來說主要公知LiCo02和LiNi〇2。
[0003]借助于更穩(wěn)定的陰極材料(諸如所謂的NCM或匪C(N1-Co-Mn基))，可以將氧釋放推移到更高的溫度，并且因此減少燃燒的危險(xiǎn)。除了混合氧化物NCM以外也采用所謂的NCA(N1-Co-Al基)。在陰極側(cè)基于NCA的電池常常被用于高功率應(yīng)用(諸如電動(dòng)自行車(E-Bike))。然而，基于NCA電池相比于其它的基于氧化的陰極材料的電池表現(xiàn)得安全性更關(guān)鍵(sicherheitskritischer)。主要的原因是由高的鎳含量引起的，所述高的鎳含量作為NCA表示相對(duì)來說不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)并且可以在升高的溫度的情況下釋放氧。該氧劇烈地與有機(jī)電解質(zhì)起反應(yīng)并且導(dǎo)致熱燒穿(所謂的“熱失控(thermal runaway)”)，這又可以導(dǎo)致燃燒或者爆炸。
[0004]為了避免這一點(diǎn)，存在對(duì)這種電池的安全的運(yùn)行管理(Betriebsfuehrung)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]按照本發(fā)明的用于使負(fù)載中的電池、尤其是鋰離子電池運(yùn)行(Betre i ben )的方法包括:確定描述了電池或者負(fù)載的狀態(tài)的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù);將所述至少一個(gè)所確定的運(yùn)行參數(shù)分別與一個(gè)參考值相比較，以便識(shí)別出是否存在預(yù)先限定的狀態(tài);和如果已經(jīng)識(shí)別出存在預(yù)先限定的狀態(tài)，那么使電池放電，直到電池的充電狀態(tài)在電池的所給出的臨界充電狀態(tài)之下，其中在使電池放電的情況下通過電池的放電電流來給蓄能器充電。
[0006]按照本發(fā)明的用于使負(fù)載中的電池、尤其是鋰離子電池運(yùn)行的設(shè)備包括:確定單元，所述確定單元被設(shè)立為確定描述了電池或者負(fù)載的狀態(tài)的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù);分析單元，所述分析單元被設(shè)立為將所述至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)分別與一個(gè)參考值相比較，以便識(shí)別出是否存在預(yù)先限定的狀態(tài);和放電單元，所述放電單元被設(shè)立為如果已經(jīng)識(shí)別出存在這種預(yù)先限定的狀態(tài)那么使電池放電，直到電池的充電狀態(tài)在電池的所給出的臨界充電狀態(tài)之下，其中在使電池放電的情況下通過電池的放電電流來給蓄能器充電。由此，阻止了電池的熱失控，因?yàn)殡姵乇粠У桨踩某潆姞顟B(tài)下，在所述安全的充電狀態(tài)下，如果清楚的是電池是在其中不需要電池的全功率的預(yù)先限定的狀態(tài)下，那么熱失控是不可能的。因此改善了電池的安全性。
[0007]從屬權(quán)利要求表明了本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)展方案。
[0008]在此有利的是，蓄能器是附加的電池。該附加的電池尤其是具有比運(yùn)行的電池更小的蓄能容量。因此，存儲(chǔ)器損耗可以被最小化。此外，因此還必須只花費(fèi)最小的附加重量，用于能量的存儲(chǔ)，這尤其是在電池的移動(dòng)應(yīng)用中是有利的。
[0009]此外，還有利的是:蓄能器是附加的負(fù)載，所述附加的負(fù)載被設(shè)立為存儲(chǔ)用于附加的負(fù)載的運(yùn)行的能量。這種附加的負(fù)載常常在負(fù)載的環(huán)境下已經(jīng)可供支配，并且按照本發(fā)明可以被內(nèi)連(einbinden)，經(jīng)此又可以實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)點(diǎn)。此外，還可以以這種方式在同時(shí)贏得安全性的情況下實(shí)現(xiàn)附加的負(fù)載的運(yùn)行持續(xù)時(shí)間。
[0010]尤其是，負(fù)載是車輛，運(yùn)行參數(shù)中的一個(gè)是車輛的速度并且如果不存在車輛的運(yùn)動(dòng)，那么存在預(yù)先限定的狀態(tài)。經(jīng)此被保證的是，電池的全功率在車輛的行駛運(yùn)行期間可提供使用(bereitstehen)。
[0011]此外，還有利的是:負(fù)載是車輛，運(yùn)行參數(shù)中的一個(gè)是如下傳感器信號(hào):所述傳感器信號(hào)說明了:車輛的站立支架(stehhilfe)是否是未翻轉(zhuǎn)的(ausgeklappt)，并且如果車輛的站立支架是未翻轉(zhuǎn)的，那么存在預(yù)先限定的狀態(tài)。經(jīng)此被保證的是，電池的全功率在車輛的行駛運(yùn)行期間可提供使用。在此，最簡(jiǎn)單的傳感器裝置(例如開關(guān))可以被用于確定運(yùn)行參數(shù)并且由此可以不僅實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)點(diǎn)而且實(shí)現(xiàn)重量?jī)?yōu)點(diǎn)。
[0012]同樣有利的是:運(yùn)行參數(shù)中的一個(gè)是電池的溫度，并且如果電池的溫度在預(yù)先給定的溫度閾值之上，那么存在預(yù)先限定的狀態(tài)。經(jīng)此可以識(shí)別出電池的具有高可靠性的臨界狀態(tài)。電池的所給出的臨界充電狀態(tài)尤其是在電池的滿充電狀態(tài)的80 %到90 %之間。這是有利的，因?yàn)殡姵氐臒崾Э靥貏e是很大可能在該充電狀態(tài)之上。同時(shí)，電池不是不必要被放電太多并且提供了在最大安全性的情況下的最大能量。
[0013]有利的是，如果不再存在所限定的狀態(tài)，那么在蓄能器中所存儲(chǔ)的能量被用于給電池充電。因此保證了，安全性在最小能量損耗的情況下被升高并且電池的整個(gè)的被存儲(chǔ)的能量對(duì)于負(fù)載可提供使用。
[0014]同樣有利的是，只有當(dāng)電池和/或負(fù)載的運(yùn)行參數(shù)中的至少一個(gè)存在超過預(yù)先給定的時(shí)間間隔時(shí)，預(yù)先限定的狀態(tài)才被確定為存在的。由此，如果狀態(tài)只是短時(shí)地或者偶然地出現(xiàn)，那么通過電池的不必要的放電和沖電引起的損耗被減少。
【附圖說明】
[0015]接下來，本發(fā)明的實(shí)施例參考附圖詳細(xì)地被描述。在附圖中:
圖1是示出了對(duì)具有電解質(zhì)的NCA(N1-Co-Al)的DDK測(cè)量的結(jié)果的曲線圖，
圖2是在第一優(yōu)選的按照本發(fā)明的實(shí)施形式中的用于使負(fù)載中的電池運(yùn)行的方法的流程圖，
圖3是在第二優(yōu)選的按照本發(fā)明的實(shí)施形式中的用于使負(fù)載中的電池運(yùn)行的方法的流程圖，和圖4是具有用于使電池運(yùn)行的設(shè)備的電動(dòng)自行車的電部件的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1是示出了對(duì)電池中的具有適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)的NCA陰極(N1-Co-Al基)的DDK測(cè)量的結(jié)果、即差動(dòng)量熱法的曲線圖。
[0017]被稱為NCA的陰極材料是針對(duì)Li[N1.sCo0.15A1Q.Q5 ]02的簡(jiǎn)稱。該陰極材料由于其微小的熱穩(wěn)定性被視為不安全的陰極材料。基于NCA的電池具有相對(duì)來說差的安全特性。由于熱的、電的和機(jī)械的載荷，在電池中可發(fā)生溫度上升。該溫度上升通過不同的放熱反應(yīng)引起。此外，陰極材料的釋放氧的放熱分解屬于所述放熱反應(yīng)。氧在升高的溫度的情況下可以與電解質(zhì)的有機(jī)物一起燃燒。在最糟糕的情況下發(fā)生所謂的熱燒穿。借助于差動(dòng)量熱法(DKK)可以研究這種放熱的電池單元成分反應(yīng)(Zellkomponentenreakt1nen)。
[0018]在圖1中可看到一系列實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在所述一系列實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)借助于DKK分析法研究了針對(duì)鋰離子電池的在商業(yè)電解質(zhì)(在EC/DMC中的1M的LiPF6，l:lW/W)在場(chǎng)時(shí)的被充電的NCA。在此，陰極材料的充電狀態(tài)已經(jīng)變化了。對(duì)此，完整的商業(yè)電池借助于充電系統(tǒng)被帶到不同的充電狀態(tài)上。該陰極材料已經(jīng)通過在保護(hù)氣體氣氛下打開電池被得到。根據(jù)圖1(右上方)可得知的是，對(duì)于不同的被研究的充電狀態(tài)(S0C)來說，相對(duì)地被釋放的能量只是不大顯著地改變。然而，所釋放的能量相比于其它的在商業(yè)上被采用的陰極材料(例如LiCo02)很高。
[0019]測(cè)量已經(jīng)針對(duì)電池的不同的充電狀態(tài)(S0C—充電狀態(tài)(State of Charge))被執(zhí)行。這樣，通過實(shí)線所示出的第一曲線A表明NCA的在電池的為最大可能的充電狀態(tài)的40%(S0C 40 % )的充電狀態(tài)下的特性。通過虛線所示出的第二曲線B表明NCA的在電池的為最大可能的充電狀態(tài)的80 % (S0C 80