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WO2014012654A2 - Verfahren zur herstellung einer sekundärbatterie, gehäusebaugruppe für die sekundärbatterie, sekundärbatterie mit der gehäusebaugruppe, verfahren zur herstellung der gehäusebaugruppe, verfahren zum betrieb der sekundärbatterie - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer sekundärbatterie, gehäusebaugruppe für die sekundärbatterie, sekundärbatterie mit der gehäusebaugruppe, verfahren zur herstellung der gehäusebaugruppe, verfahren zum betrieb der sekundärbatterie Download PDF

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Publication number
WO2014012654A2
WO2014012654A2 PCT/EP2013/002099 EP2013002099W WO2014012654A2 WO 2014012654 A2 WO2014012654 A2 WO 2014012654A2 EP 2013002099 W EP2013002099 W EP 2013002099W WO 2014012654 A2 WO2014012654 A2 WO 2014012654A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
cell
secondary battery
secondary cell
secondary cells
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/002099
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English (en)
French (fr)
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WO2014012654A3 (de
Inventor
Tim Schaefer
Werner Hufenbach
Marco Zichner
Detlef Dieball
Original Assignee
Li-Tec Battery Gmbh
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Li-Tec Battery Gmbh, Daimler Ag filed Critical Li-Tec Battery Gmbh
Priority to DE201311003546 priority Critical patent/DE112013003546A5/de
Publication of WO2014012654A2 publication Critical patent/WO2014012654A2/de
Publication of WO2014012654A3 publication Critical patent/WO2014012654A3/de

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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of
  • a secondary battery a housing assembly for the secondary battery, a secondary battery with the housing assembly, a method for producing the housing assembly and a method for operating the secondary battery.
  • the invention will be described in the context of lithium-ion batteries for supplying consumers. It should be noted that the invention also irrespective of the type of secondary battery, the chemistry of
  • secondary batteries with one or more secondary cells are known.
  • the secondary cells are configured to emit electrical energy at least temporarily, to absorb electrical energy, and to reversibly convert electrical energy into chemical energy.
  • valuable materials or substances can be lost.
  • the object is achieved with a method for producing a
  • Claim 2 relates to a
  • Claim 5 relates to a secondary battery with this housing assembly.
  • Claim 7 relates to a Hers part method of the housing assembly.
  • Claim 8 describes a method for operating the secondary battery. Preferred developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the method according to the invention for producing a secondary battery comprises the following steps:
  • step S2 in particular for detecting the
  • the used secondary cells are fed to the intended use, then the valuable materials or substances are not lost, even if the used secondary cells have lower energy densities or power densities than new secondary cells.
  • the used secondary cells continue to be used as intended, and the energy that was used to produce the used secondary cells is not devalued.
  • the inventive method for producing a secondary battery supports or allows the continued
  • a secondary battery in the sense of the invention is to be understood as a device which is designed in particular to emit or provide electrical energy at least temporarily, and to absorb electrical energy.
  • the secondary battery has a battery charging capacity C b [Ah].
  • the secondary battery has one or more secondary cells, which are preferably interconnected in series and / or in parallel.
  • a secondary cell in the sense of the invention is understood to mean a device which is designed in particular, at least temporarily to release electrical energy, to absorb electrical energy, and to reversibly convert electrical energy into chemical energy.
  • Secondary cell is capable of providing a cell voltage.
  • Secondary cell has a cell loading capacity C a [Ah].
  • the secondary cell has a state of charge, which is preferably indicated as a proportion [%] of the cell loading capacity.
  • the secondary cell has two cell terminals of different polarity, at which at least temporarily the cell voltage or
  • the secondary cell has a separator between two electrodes of different polarity as well as an electrolyte for electrically operative connection of the electrodes.
  • the secondary cell has a plurality of arrangements of two electrodes each
  • the electrodes and the separators are surrounded by an enclosure, wherein the enclosure is configured to counteract an exchange of substances with the environment.
  • the secondary cell particularly preferably has lithium, lithium ions, sulfur and / or magnesium.
  • the secondary cell has an electrode assembly.
  • the electrode assembly is designed as an electrode winding, in particular as a substantially cylindrical electrode winding.
  • this electrode assembly is rechargeable.
  • This embodiment offers, in particular, the advantage of easier manufacturability, in particular in that band-shaped electrodes can be processed.
  • This embodiment offers the particular advantage that the
  • the electrode assembly is formed as an electrode flat winding.
  • This embodiment offers in particular the Advantage that this can be arranged to save space next to another electrode flat winding, in particular within a battery.
  • the electrode assembly is formed as a substantially cuboid electrode stack.
  • this electrode assembly is rechargeable.
  • Electrode stack has a predetermined sequence of stack sheets, each two electrode sheets of different polarity are separated by a separator sheet.
  • each electrode sheet is one
  • Electrode sheets of the same polarity are preferably electrically connected to one another, in particular via a common current-conducting device.
  • This configuration of the electrode assembly offers the particular advantage that the charge capacity, for example, in ampere hours [Ah] or watt-hours [Wh], more rarely in Coulomb [C] indicated, in a simple manner by adding more
  • Electrode sheets can be increased. Particularly preferably, at least two separator sheets are connected to one another and enclose one
  • Electrode assembly with a single, in particular meander-shaped separator is described in WO 201 1/020545.
  • This embodiment offers the particular advantage that a parasitic current, starting from this limiting edge to an electrode sheet of different polarity, is met.
  • the electrode assembly is configured to temporarily provide electrical energy while absorbing oxygen, in particular from the ambient air or another source of oxygen.
  • the oxygen is absorbed by at least one or more electrodes of the first polarity.
  • the oxygen is released from the electrode of the first polarity, in particular to the environment.
  • one or more electrodes of the first polarity each have a carrier layer of finely divided Carbon, a thin active layer with a thickness between 5 ⁇ and 1 mm on this support layer and a catalyst layer to accelerate the oxygen reduction and hydroxide oxidation.
  • one or more electrodes of the second polarity comprise a metal, particularly preferably zinc, in particular as ZnO, or lithium, in particular as LiO. This preferred
  • the design offers the advantage of an increased energy density of the converter cell.
  • This preferred embodiment can be advantageously combined with the first or second preferred embodiment.
  • a distinction is made between a used secondary cell and a new secondary cell, wherein the Zelladekapaztician the used secondary cell at least temporarily, especially for the most part, less than the Zelladekkapaztician a new secondary cell of the same type is or should be.
  • one of these used secondary cells has a reduced duty cycle within the secondary battery to be manufactured.
  • Under a housing assembly in the context of the invention is a device to understand, which is designed in particular for receiving one or more of these secondary cells.
  • the housing assembly has a receiving space, which is configured to receive one or more of these, in particular used, secondary cells.
  • the housing assembly on a wall.
  • the housing assembly on a wall.
  • Housing assembly configured to surround the secondary cells of the secondary battery at least partially.
  • Housing assembly or its receiving space formed substantially cuboid.
  • this housing assembly is connectable to a second housing part of the same secondary battery, whereupon the
  • Housing assembly and the second housing part form the battery case.
  • a wall according to the invention is a device to understand, which is particularly designed, • to limit the reception space, in particular to the environment, and / or
  • Wall or an adjacent secondary cell counteract.
  • the wall has at least one functional device and at least one first support element.
  • the wall also has a second support element, wherein the second support element substantially corresponds to the first support element, wherein the at least one functional device is arranged between the first support element and the second support element.
  • a functional device in the sense of the invention is understood to mean a device which is designed in particular, • To allow the supply of energy from the at least one secondary cell, in particular to a consumer, or to
  • a first support element is to be understood as meaning a device which is designed in particular, which at least one
  • the first support element serves in particular to counteract an undesired relative displacement of the at least one functional device with respect to the first support element or one of the secondary cells.
  • the first support element faces the environment of the secondary battery.
  • the first support element is with a
  • the first support element is designed as a first support layer.
  • this embodiment offers the advantage that the at least one functional device can be supported along a larger area by the first support element, whereby in particular the integrity of the at least one functional device is improved.
  • the probe can at least temporarily provide a signal available, preferably an electrical voltage or an electric current, and / or
  • • can be processed by a control device, in particular the battery control device, in particular can be linked to a target value, in particular with another of the detected
  • Open circuit voltage of a secondary cell as a cell voltage.
  • the electric current in the secondary cell or the electric current from the secondary cell as a cell current.
  • Control device that controls or monitors the operation of the secondary battery or of one of the secondary cells, in particular generated by this battery control device,
  • the operating rule in particular an assignment of cell current and cell temperature.
  • the operating rule has at least one assignment for the cell current as a function of the cell temperature, the permissible cell current being outside one
  • predetermined temperature interval is less than within the predetermined temperature interval.
  • an operating rule in the context of the invention is to be understood in particular an assignment of cell current and cell voltage.
  • the operating regulation has at least one dependence on cell current and cell voltage.
  • the operating rule is in the
  • the operating regulation is adapted to the aging state of the associated secondary cell in that the cell current is reduced with increasing age of the secondary cell compared to a cell current of a new secondary cell.
  • the operating instructions from the results in the
  • a solar cycle means an unscheduled change of unclouded sunshine with cloud cover and vice versa. Such solar cycles cause a solar power plant to provide time-varying amounts of energy, followed by a buffer tank connected to the solar power plant, preferably one
  • step S3 is carried out by means of a diagnostic device.
  • Diagnostic device is for detecting one or more of these
  • the used secondary cell and / or for reading operating data to the used secondary cell configured.
  • the detected physical parameters or the operating data can be closed on the functionality, in particular on the cell charging capacity, the used secondary cell. If one of these
  • the secondary cell can be fed to a different type of recovery or disposed of.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that this step can be automated.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the aging state of the secondary cell can be detected.
  • the classification according to step S4 preferably takes place on the basis of the acquired or read cell loading capacity of the used secondary cell.
  • groups of used Secondary cells formed, which have as uniform as possible Zelladekapazticianen.
  • step S6 Having high cell loading capacities, for step S6 are combined with new secondary cells,
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the different aging states of the used secondary cells can be better accommodated. This preferred embodiment offers the particular advantage that even strongly aged secondary cells can be supplied to a further use.
  • step S6 is carried out such that at least one of these used secondary cells, which has a certain Zelladekapaztician or a certain state of aging, with one or more other of these secondary cells each having a similar Zelladekapaztician or
  • a housing assembly for a secondary battery to be manufactured wherein the secondary battery is preferably to be manufactured by the aforementioned method, has one of these
  • This receiving space is configured to receive at least one or more of these, in particular used, secondary cells, preferably together with one or more new secondary cells.
  • the housing assembly has a wall.
  • the wall is designed to limit the receiving space, in particular to the environment, in particular to shield.
  • the wall has at least one
  • the at least one functional device is configured to enable or assist the release of energy from the at least one secondary cell, in particular to a consumer.
  • the at least one functional device is for, in particular electrical,
  • the wall has at least a first
  • the first support element is designed to support the at least one functional device.
  • the first support member faces the vicinity of the secondary battery.
  • the first support element forms one of the lateral surfaces of the housing assembly.
  • the first support element is formed with a, in particular at least partially fiber-interspersed, polymer material.
  • the at least one functional device assumes a plurality of functions, in particular with regard to the operation of, in particular used, secondary cells, which are fulfilled by discrete components in known types of secondary batteries.
  • discrete components or functional elements are in particular in the at least one functional device as its own
  • the housing assembly offers the particular advantage that
  • the at least one functional device is supported or held captive by the first support element substantially captively,
  • the at least one functional device is protected by the first support element, in particular with respect to a foreign body from the environment of the secondary battery,
  • Secondary cells are required, in particular the detection of at least one of the physical parameters during operation of the
  • Secondary cell can be made by the functional device.
  • the receiving space of the housing assembly is identical to the receiving space according to step S6.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the production of the secondary battery is simplified.
  • the polymer material is at least partially filled or interspersed with a fiber material, more preferably with glass fibers, carbon fibers, basalt fibers and / or aramid fibers, wherein the fiber material is used in particular the stiffening of the first support element.
  • the fiber material is formed as a scrim or fabric and surrounded by the polymer material substantially completely.
  • this polymer material is formed as a thermoplastic.
  • the wall can be transformed under the influence of heat.
  • Form stiffness of the wall is improved within the operating temperature range.
  • this polymer material is curable.
  • this polymer material is taken from the following group, which includes epoxy resins, polyester resins.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the dimensional stability of the wall is improved, especially at temperatures above 130 ° C.
  • the at least one functional device has one or more functional elements, wherein the at least one functional element can be connected to at least one, in particular a plurality of different, of these secondary cells, in particular electrically.
  • the at least one functional device at least temporarily fulfill a function for the provision of electrical energy by the secondary battery or by at least one of the secondary cells.
  • the at least one functional device is electrically connected to at least one of these secondary cells and can be made of this
  • Secondary cell to be powered Particularly preferably, two of these secondary cells are connected in parallel to the redundant power supply the functional device.
  • This preferred embodiment has the particular advantage that it can be dispensed with its own power supply of the functional device or its functional elements.
  • the at least one functional element is designed as
  • the measuring sensor at least temporarily a measured value which is proportional to the detected physical parameter, in particular the
  • Battery control device or can provide
  • Battery control device for controlling or monitoring the operation or the function of the secondary battery, in particular for controlling or monitoring a charging or discharging one of
  • the battery control device is designed as a microprocessor or application-specific integrated circuit, or
  • supplying consumers is designed, which in particular can be controlled by the battery control device, which in particular has contact elements for one or more of these secondary cells, or Switching element, which can be controlled, in particular by the battery control device, which is configured in particular for the reversible bridging of one of these secondary cells, which is in particular part of the interconnecting device, which
  • the battery control device can be controlled in particular by the battery control device, or
  • Fluid passage which can be controlled in particular by the battery control device, which is in particular designed to allow a tempering fluid or an extinguishing agent access to at least one of the secondary cells, or
  • Setting device which for activating an independent device, in particular a fluid conveying device for promoting the
  • Temperingfluids or the extinguishing agent is configured, which
  • the battery control device can be controlled in particular by the battery control device, or
  • Battery control device can be controlled, which is designed for the communication of signals, detected physical
  • Control device communication device or diagnostic device which is preferably configured as a beeper, light emitting diode, infrared interface, GPS device, GSM module, first
  • Data storage device which is designed for storing acquired physical parameters, measured values, target values, progress messages, error messages and / or operating instructions, which designed for data exchange with the battery control device and / or the communication device, which can be controlled in particular by the battery control device.
  • the at least one sensor is configured to detect one of these physical parameters of one of the secondary cells, and the
  • the battery control device in particular as a measured value to provide.
  • the sensor is configured as: voltage sensor,
  • thermocouple Current sensor, temperature sensor or thermocouple, pressure sensor, sensor for a chemical substance, hereinafter referred to as "substance sensor”, gas sensor, liquid sensor, position sensor or acceleration sensor, wherein the
  • the sensor is designed to detect the cell voltage, that is the electrical voltage or
  • Terminal voltage of the secondary cell for detecting the cell current, that is, the magnitude of the electric current, which is supplied or removed from the secondary cell, or for detecting the cell temperature, that is
  • the interconnection device has several of these elements
  • Switching elements which are configured and arranged for series and / or parallel connection of a plurality of these secondary cells.
  • one or more of these contact elements are designed as spring-loaded plug contacts for contacting one of these secondary cells.
  • the communication device is configured, temporarily, in particular periodically, to transmit predetermined data, in particular information about a state of one of these secondary cells, in particular to an independent near-field radio device, in particular on request from an independent control device.
  • predetermined data in particular information about a state of one of these secondary cells, in particular to an independent near-field radio device, in particular on request from an independent control device.
  • Nahfunk configured, simultaneously with the predetermined data a To transmit identifier for at least one of these secondary cells.
  • This preferred embodiment offers, in particular, the advantage that an operator of the secondary battery can obtain information about the state of the secondary battery or one of the secondary cells essentially without own intervention.
  • the functional device preferably has a circuit carrier, in particular designed as a printed circuit board or Kapton foil.
  • Circuit carrier is used in particular to support at least one or more of these functional elements, to hold and / or to contact electrically.
  • This circuit carrier is designed to allow the interaction of several of these functional elements for the proper provision of electrical energy.
  • this circuit carrier for electrical connection at least two or more of these
  • this circuit carrier is designed for, in particular cohesive, connection with the first support element.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the
  • Housing assembly can be prepared. This preferred embodiment allows a simplified, in particular cohesive, connection to the first support element.
  • Connection of the secondary cells is designed with the battery poles, which is connected to the battery poles, which has contact means for these secondary lines, the battery control device, which is designed to control or monitor the secondary battery and / or at least one of the secondary cells, which is designed to actuate the interconnection device, preferably the data storage device, which for storing of data configured for exchanging data with the battery control device, which is connected to the
  • Battery controller is signal-connected, preferably at least one of these sensors, which is designed in particular for detecting one or more of the cell voltages, one or more of the cell currents or one or more of the cell temperatures, preferably at least one of these switching elements, which is designed for reversible bridging of one of these secondary cells, which is in particular part of the interconnecting device, preferably at least one of these fluid passages, which is designed to allow a tempering fluid or extinguishing agent access to one of these secondary cells, preferably at least one of these actuating devices, in particular for activating a, in particular independent, fluid conveying device for a tempering fluid or extinguishing agent ,
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that a used secondary cell, which without its own sensor or
  • Control device is designed as part of the invention
  • the housing assembly preferably has a fluid channel for guiding the tempering fluid.
  • the fluid channel is connected to the at least one
  • this fluid passage is connected to a, in particular independent, fluid delivery device.
  • the fluid passage in particular by the battery control device, can be opened or closed.
  • the fluid channel preferably at least partially contacts at least one lateral surface of at least one or more of these secondary cells.
  • at least temporarily heat energy can be dissipated from at least one of these secondary cells.
  • the housing assembly preferably has a fluid channel for guiding the extinguishing agent.
  • the fluid channel is connected to the at least one
  • this fluid passage is connected to a, in particular independent, fluid delivery device.
  • the fluid passage in particular by the battery control device, can be opened or closed.
  • this fluid channel opens in the
  • the receiving space or at least one of the secondary cells if necessary, in particular during a fire one of these
  • Embodiment offers in particular the advantage of increased security of the secondary battery.
  • the wall at least partially an activatable filler, which can be caused to expand especially when supplying an activation energy or triggered by one of these functional elements or which is designed in particular for sealing the wall, in particular upon penetration of an independent foreign body in the wall.
  • the wall is partially formed with embedded microspheres according to the teachings of US 3,615,972 or US 4,483,889.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the manufacture of the housing assembly is simplified. Due to its porosity, the wall can oppose a heat flow with increased thermal resistance. The wall can through its porosity the energy, which one on the
  • Housing module acting foreign body possibly leads with it, at least partially convert into deformation work.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the reliability of the secondary battery is increased.
  • the activatable filler acts flame-retardant, in particular by forming a protective layer or by interrupting a
  • the filler is selected from the group consisting of alum, borax, aluminum hydroxide, MIMIII (S0 4 ) 2, and water of crystallization wherein M is a metal ion of the type
  • Oxidation stage I or III is, particularly preferably potassium aluminum sulfate.
  • this preferred embodiment offers the advantage that, in the case of a fire in the vicinity of the secondary battery, time can be gained with this wall for taking further measures to reduce the risk that can arise from an overheated secondary cell.
  • the wall is formed with a filler impregnated with the filler, particularly preferably as Baumwollage.
  • a filler impregnated with the filler particularly preferably as Baumwollage.
  • the wall has an insert, which is pressed a powder of the filler.
  • a preferred development offers the advantage that the protection of the secondary cells is improved in the case of a fire in the vicinity of the secondary battery.
  • This preferred development offers the particular advantage that the reliability of the secondary battery is increased.
  • the activatable filler is intended to chemically bind this harmful substance.
  • this filler has a salt-like substance, more preferably a substance of the following group, which includes: halides, sulfates, phosphates, salts of organic acids, salts of carboxylic acids, salts of alcohols, hydroxides. Especially if
  • Hydrogen fluoride arise.
  • This filler particularly preferably contains calcium chloride and / or calcium hydroxide, in particular for binding hydrogen fluoride.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that an escape of a harmful substance from one of
  • the activatable filler is formed as an organic airgel having a three-dimensional framework of primary particles. These primary particles grow in particular during pyrolysis or intense heat radiation without any order together, with cavities formed between the particles.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage of improved flame resistance of the housing assembly. This preferred embodiment offers the particular advantage that the heat transfer is reduced by the wall, especially in a fire in the
  • the activatable filler is formed with expanded mica or vermiculite. Between the layers of its cookie structure, crystal water chemically bound. When exposed to heat, the chemically bound water is expelled abruptly, the vermiculite is inflated to a multiple of its volume.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the heat transfer through the wall is reduced, in particular in the case of a fire in the vicinity of the secondary battery or in the event of damage to one of the secondary cells.
  • the filler is configured to form a foam.
  • the thermal conductivity of the wall is reduced.
  • the wall comprises a silicate, more preferably a sodium silicate, more preferably
  • Palstop® This preferred embodiment offers the particular advantage that the protection of the secondary cells is improved against heat from the environment of the secondary battery, especially in a fire in the environment. This preferred embodiment offers the particular advantage that in case of fire in the vicinity of the secondary battery with this
  • Wandung time can be gained for taking further measures to reduce the risk that can emanate from a superheated secondary cell.
  • the activatable filler is designed such that the
  • this preferred embodiment offers the advantage that, in the case of a fire in the vicinity of the secondary battery, time can be gained with this wall for taking further measures to reduce the risk which can arise from an overheated secondary cell.
  • the wall has at least temporarily a filler with the ability to phase transition, preferably water, in particular before the specific volume of one of these activatable fillers of the
  • Wall is enlarged.
  • the wall is with several
  • the walls have an activatable filler which is designed to have its specific volume, i. to increase its volume per unit mass, in particular to form cavities, in particular at a predetermined temperature of the wall or at a predetermined temperature in the vicinity of the secondary battery.
  • the activatable filler is configured to form an elastic foam.
  • the activatable filler is formed with at least one microsphere according to the teachings of US 3,615,972 or US 4,483,889. While the operation of the secondary battery whose wall can be damaged in particular by a foreign body. This damage to one of the adjacent support elements could cause an exchange of substances between the environment and the receiving space. As the filler increases its specific volume, this damage can be reduced or sealed. This preferred embodiment offers the particular advantage that the passive safety of the secondary battery is improved.
  • the activatable filler comprises a polymer material having at least one functional group, more preferably having an OH group, an NH 2 group or a radical such as Cl.
  • the polymeric material is for chemical reaction with a fabric of the environment
  • Secondary battery or an additive of the electrolyte suitable During this chemical reaction, the polymer material expands. This chemical reaction preferably takes place as polymerization, in particular with crosslinking of adjacent polymers. Particularly preferably, an elastomer is formed at least in some areas during the crosslinking.
  • This damage could result in an exchange of substances between the environment and the receiving space.
  • the polymer material may come into contact with a substance from the environment of the secondary battery or an additive of the electrolyte.
  • the filler increases its specific volume, this damage to one of the adjacent support elements can be reduced or sealed.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the passive safety of the secondary battery is improved.
  • the wall has a gelling agent, in particular Firesorb®.
  • This gel former serves in particular to form a protective layer on the wall and to hold it there, in particular on an outer surface of the wall
  • the protective layer serves in particular to a
  • This gelling agent serves in particular to form a gel with water, in particular the same wall.
  • the gel should at least partially cover the wall and in particular reduce a heat flow through the wall.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the protection of one of the secondary cells from the action of heat from the surroundings of the converter cell is improved, in particular in the event of a fire in the surroundings.
  • this preferred embodiment offers the advantage that, in the case of a fire in the vicinity of the secondary battery, time can be gained with this wall for taking further measures to reduce the risk which can arise from an overheated secondary cell.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the passive safety of the secondary battery is improved.
  • the wall has a filler, which can release an inert gas, in particular N 2 or C0 2 , in particular at elevated
  • the inert gas is at least one
  • Storage body added in the wall. These storage bodies are provided to release the inert gas under predetermined conditions,
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the passive safety of the secondary battery is improved.
  • the wall has a chemically reactive filler.
  • This chemically reactive filler is chosen such that it reacts in case of damage to the wall, in particular in case of unwanted opening of the wall. If the housing part is damaged, this chemical reaction within the wall can help to reduce or seal this damage or opening.
  • this filler is selected from the following group which includes: polyurethanes, cyanoacrylates, silicones.
  • this filler is suitable to react or cure with water from the environment or with atmospheric moisture. This preferred
  • Embodiment offers the particular advantage that the passive safety of the secondary battery is improved.
  • the wall has a chemically reactive filler.
  • This chemically reactive filler is chosen such that it reacts in case of damage or in particular unwanted opening of the wall. If the
  • this filler is selected from the following group which includes: unsaturated polyester resins, epoxy resins, polymers having an isocyanate group, polyurethanes, polymers having a double bond between carbon atoms, acrylates, methacrylates.
  • the reactant is preferably taken from the following group, which includes: amines, acids, hydroxides, alcohols, polyols, isocyanates, peroxides.
  • this editorial partner is arranged in the same wall.
  • the chemically reactive filler and the reactant are within the same Wall taken from various storage bodies, preferably taken from different of these microspheres according to one of the teachings of US 6,703,127 or US 6,835,334.
  • a foreign body penetrates into the wall and a contact of the chemically reactive filler with the
  • Editorial partner causes, then the chemical reaction to
  • the storage body has a thin-walled jacket, which encloses this reaction partner.
  • the activatable filler is arranged in the core of the storage body. Preferably, this is special
  • this storage body is a microsphere according to any of the teachings of US 6,703,127 or US
  • the secondary battery has one of these
  • the Wall has at least one of these functional devices and at least the first support element.
  • at least one of these used secondary cells has a lower duty cycle than at least one, most preferably all, of these new ones
  • Secondary cells by at least one of the used secondary cells can be operated together with at least one other used or new secondary cell. This solves the underlying task.
  • the secondary battery is according to the invention
  • the at least one used secondary cell has been classified according to step S4.
  • the secondary cells, in particular used, of the same secondary battery have similar cell charging capacities C a or aging states.
  • the ratio of the lowest cell loading capacity divided by the largest cell loading capacity of the same secondary battery is greater than 0.95, more preferably greater than 0.96, more preferably greater than 0.97, even more preferably greater than 0.98, even more preferably greater than zero , 99th.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the cell charging capacities of the individual, in particular used, secondary cells can be better utilized.
  • the secondary battery has the battery capacity C b [Ah], and each of the secondary cells used, in particular, has the cell loading capacity C a [Ah].
  • a predetermined ratio q which is calculated as the battery charging capacity divided by the, in particular summed, cell charging capacities, is less than 1, more preferably less than 0.95, more preferably less than 0.92, even more preferably less than 0.9, more preferably greater than 0.8.
  • at least at times at least one of the secondary cells is at least partially unused. This preferred embodiment offers the particular advantage that it can serve as a reserve at least one unused secondary cells. This preferred
  • Embodiment offers the particular advantage that the temporarily unused secondary cell can be spared.
  • the secondary cell has a cell loading capacity of at least 3 amp hours [Ah], more preferably at least 5 Ah, more preferably at least 10 Ah, more preferably at least 20 Ah, even more preferably at least 50 Ah, more preferably at least 100 Ah, more preferably at least 200 Ah, more preferably at most
  • this embodiment offers the advantage of an improved service life of the consumer supplied by the secondary cell.
  • the secondary cell at least temporarily, preferably for at least one hour, a current of at least 50 A taken more preferably at least 100 A, more preferably at least 200 A, more preferably at least 500 A, further preferably at most 1000 A.
  • This embodiment offers the particular advantage of improved performance of the consumer supplied by the secondary cell.
  • the secondary cell can at least temporarily provide a voltage, in particular a terminal voltage of at least 1.2 V, more preferably of at least 1.5 V, more preferably of at least 2 V, more preferably of at least 2.5 V, further preferably of at least 3 V, more preferably of at least 3.5 V, more preferably of at least 4 V, more preferably of at least 4.5 V, more preferably of at least 5 V, further preferably of at least 5.5 V, further preferably of at least 6 V, more preferably of at least 6.5 V, more preferably of at least 7 V, more preferably of at most 7.5 V.
  • the secondary cell can at least temporarily provide a voltage, in particular a terminal voltage of at least 1.2 V, more preferably of at least 1.5 V, more preferably of at least 2 V, more preferably of at least 2.5 V, further preferably of at least 3 V, more preferably of at least 3.5 V, more preferably of at least 4 V, more preferably of at least 4.5 V, more preferably of at least 5 V, further preferably of at least
  • the secondary cell can be operated at least temporarily, in particular for at least one hour at an ambient temperature between -40 ° C and 100 ° C, more preferably between -20 ° C and 80 ° C, more preferably between -10 ° C and 60 ° C. , more preferably between 0 ° C and 40 ° C.
  • This embodiment offers in particular the advantage of an unrestricted installation or use of the secondary cell for supplying a consumer, in particular a motor vehicle or a stationary system or machine.
  • the secondary cell has a gravimetric energy density of at least 50 Wh / kg, more preferably at least 100 Wh / kg, more preferably at least 200 Wh / kg, even more preferably less than 500 Wh / kg.
  • the electrode assembly comprises lithium ions. This embodiment offers in particular the advantage of an improved
  • the secondary cell is provided for installation in a vehicle with at least one electric motor.
  • the secondary cell is provided for supplying this electric motor.
  • the secondary cell is provided, at least temporarily
  • the secondary cell is intended for use in a stationary battery, in particular in one
  • Buffer storage as a device battery, industrial battery or starter battery.
  • the cell loading capacity of the secondary cell is for these reasons.
  • the at least one separator which is not or only poorly electron-conducting, consists of an at least partially permeable carrier.
  • the support is preferably coated on at least one side with an inorganic material.
  • As at least partially permeable carrier is preferably a
  • the organic material which is preferably designed as a non-woven fabric.
  • the organic material which preferably contains a polymer and particularly preferably a polyethylene terephthalate (PET)
  • PET polyethylene terephthalate
  • the inorganic material preferably contains 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.
  • zirconium oxide serves to ensure the integrity of the material, t Nanoporösmaschine and flexibility of the separator. This preferably has
  • the at least one separator which is not or only poorly electron-conducting, but is conductive for ions, consists at least predominantly or completely of a ceramic, preferably of an oxide ceramic.
  • This development offers the particular advantage that durability of the electrode assembly is improved at temperatures above 100 ° C.
  • Secondary cell more preferably at least one cathode, a compound having the formula LiMP0 4 , wherein M is at least one transition metal cation of the first row of the Periodic Table of the Elements.
  • Transition metal cation is preferably selected from the group consisting of Mn, Fe, Ni and Ti or a combination of these elements.
  • the compound preferably has an olivine structure, preferably parent olivine, with Fe being particularly preferred.
  • Electrode of the secondary cell more preferably at least one cathode, a lithium manganate, preferably LiMn 2 0 4 spinel type, a lithium cobaltate, preferably LiCo0 2 , or a lithium nickelate, preferably LiNi0 2 , or a mixture of two or three of these oxides, or Lithium mixed oxide containing manganese, cobalt and nickel on.
  • the secondary battery is reversible from a first one
  • Supply state in a second supply state can be transferred, in particular depending on at least one of these physical parameters relating to one of these, in particular used, secondary cells.
  • the first state of care is characterized by the fact that all of the
  • Secondary battery can be used with the housing assembly according to the invention and several of these used secondary cells for buffering the energy provided by a solar power plant. It has been shown that
  • the secondary battery the metrological and control properties of the housing assembly for the operation of the secondary battery, in particular for the limitation of
  • the planned charging of the secondary cells whose charge end voltage between 0.2 V and 0.5 V compared to the maximum permissible cell voltages, in particular 4.2 V, reduced, according to preferred operating instructions.
  • the secondary cells are initially not fully charged and each have a free charge capacity.
  • one or more of these secondary cells at least temporarily removed a discharge, in particular initially a
  • Latch such as a capacitor or a coil, or supplied to an electrical resistance until the end load voltage
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the amounts of energy associated with solar cycles of the Secondary cells can be recorded substantially without their damage, especially in the amount of free charging capacity.
  • the charging current of at least one of the secondary cells is limited in a solar cycle, in particular if the maximum permissible
  • Cell voltage of the secondary cell in particular 4.2 V, is reached or a temporal change of the cell voltage or the cell current falls within a predetermined interval.
  • the excess energy is at least partially supplied first to a buffer, such as a capacitor or a coil, or an electrical resistance.
  • the transfer of energy from the buffer into the secondary battery or its secondary cells preferably takes place with a time delay by means of a pulse current or a sequence of pulse currents, in accordance with a preferred operating regulation.
  • the charging current of at least one of the secondary cells is prevented in a solar cycle, in particular if the maximum permissible cell voltage of the secondary cell is reached, in accordance with preferred operating instructions.
  • the maximum permissible cell voltage of the secondary cell is reached, in accordance with preferred operating instructions.
  • a buffer such as a capacitor or a coil, or an electrical resistance.
  • the transfer of energy from the buffer into the secondary battery or its secondary cells takes place with a time delay by means of a pulse current or a sequence of pulse currents, according to preferred
  • a method for manufacturing the aforementioned housing assembly comprises the following steps: 58 generating at least one of these functional devices, in particular with at least one of these functional elements, preferably
  • the functional device is produced as a populated, in particular flexible, printed circuit board,
  • Shaping tool which is adapted to the shape of the male secondary cells, in particular the receiving space is generated by closing the forming tool, in particular after step S9.
  • the method comprises at least one of the following steps:
  • step S10 preferably with a separating device, in particular before step S10, 517 heating of the layer composite, in particular up to one
  • Working temperature which corresponds at least to the softening temperature of the polymer material of the first support member, in particular in the forming tool, in particular before step S10, in particular after step S16,
  • step S10 preferably by cooling to a removal temperature, which in particular below
  • Housing assembly in particular cohesively, in particular at a working temperature which corresponds at least to the softening temperature of the polymer material, in particular using a sealant and / or adhesive, preferably an edge region of
  • Housing assembly with the second housing part is connected, in particular after step S18, in particular after step S6,
  • Working temperature which corresponds at least to the softening temperature of the polymer material, in particular before step S10.
  • Housing assembly having a predetermined bending stiffness and / or a predetermined ability to absorb energy with respect to one of the Environment on the secondary battery acting foreign body can be produced, whereby in particular the mechanical resistance of the
  • Support member improves the cohesion of the functional device, whereby the resistance of the secondary battery to vibration or the operability of the secondary battery is improved in vibration.
  • the manufacturing method offers the particular advantage that, in particular in contrast to secondary batteries with conventional housings, can be dispensed with separate, stiffening components.
  • the Herste II method offers in particular the advantage that after formation of the functional device, the layer composite and / or the housing assembly, the later manufacturing steps are simplified. This saves manufacturing costs.
  • the production process offers the further advantage that the yield and quality of production are improved.
  • the manufacturing method offers the particular advantage that the
  • the manufacturing method for the housing assembly comprises the following steps: S8, preferably S15, S9, preferably S20, preferably S16, preferably S17, S10, preferably S18.
  • the order of the enumerated steps is arbitrary.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the at least one functional device can be prepared at any time interval in front of the housing assembly.
  • the steps of the first preferred embodiment are processed according to the order presented.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the production, in particular for high quality, in particular by means of a manufacturing device, can be automated.
  • step S9 in particular also step S20, takes place at a working temperature, which is at least the
  • step S10 follows steps S9 or S20, omitting step S17.
  • Step S17 may be omitted because the increased temperature of the layer composite after step S9 or step S20 is sufficient for carrying out step S10.
  • This preferred embodiment offers the particular advantage that the energy consumption is reduced.
  • the secondary battery has two or more, particularly used, secondary cells.
  • the secondary cells are electrically connected by the interconnection device at least temporarily with two of the battery poles of different polarity ( ⁇ +, P-).
  • the secondary battery or the interconnection device have one or more of
  • Switching elements preferably one switching element per secondary cell.
  • a method of operating the aforementioned secondary battery comprises the step of: loading at least one of the secondary cells with a reduced one
  • a charging current in the range 100 to 850 mA at least temporarily, preferably during a period of 15 to 60 s, preferably by actuating one of the switching elements, particularly preferably by repeated actuation of the switching element.
  • step S13 in particular concerning one of
  • Secondary cells performed several times in succession.
  • S13 is applied to one of the secondary cells in which it is assumed after X-ray measurements or internal resistance change measurements that a deposition of metallic lithium has taken place.
  • step S13 is applied to one of the secondary cells, in which
  • X-ray measurements or internal resistance change measurements is assumed that the active material has detached at least partially from the collector of a same electrode of a secondary cell.
  • This method offers the particular advantage that the aging state of such an aged secondary cell can be improved. It has been experimentally found that the aging state of such an aged secondary cell can be improved by using a
  • a used secondary cell preferably classified according to step S4, is used for producing a
  • Secondary battery is used, wherein preferably the secondary battery is formed according to the third aspect of the invention, preferably wherein the secondary battery is formed with a housing assembly according to the second aspect of the invention.
  • Fig. 1 is a histogram of detected charging capacities of various
  • 3 shows several series-connected secondary cells
  • 4 shows a preferred embodiment of the functional device or the switching element
  • Fig. 5 shows the time course of cell current and cell voltage of one of
  • Secondary cells of a secondary battery with the housing assembly according to the invention which is used as a buffer memory of a solar power plant.
  • step S3 shows a histogram of detected charging capacities of various used secondary cells 3, 3a.
  • the secondary cells 3, 3a were taken out of a used secondary battery and subjected to step S3.
  • Secondary cells 3, 3a wherein the Zelladekapazticianen vary between about 20 and 24 Ah.
  • the used secondary cells 3, 3a may be classified or disposed of according to step S5 on the basis of the detected cell loading capacities in step S4. The following selected limits are selected depending on the design of the secondary cells and their aging states.
  • the used secondary cells having a cell loading capacity of at least 23 Ah, can be grouped for combination with new secondary cells.
  • the used secondary cells with a cell loading capacity between 20 and 24 Ah are grouped for a secondary battery for stationary use, which is to be produced without further as new secondary cells.
  • At least one of these used secondary cells has a lower duty cycle than at least one, more preferably all, of these new secondary cells of the same secondary battery.
  • the used secondary cells having a cell loading capacity smaller than 21 Ah may be subjected to a repair charging method according to the fifth aspect of the invention. Subsequently and depending on the result of the
  • Fig. 2a shows schematically a housing assembly 9.
  • the housing assembly 9 has a wall 10 which surrounds the receiving space 6 at least in sections.
  • the wall 10 has a first support element 13 and a functional device 1 1.
  • the wall 10 has a circumferential collar, which serves to connect to a second housing part, not shown.
  • the second housing part is a circumferential collar, which serves to connect to a second housing part, not shown.
  • the wall 10 particularly preferably in a first portion, wherein the first portion is shown horizontally in the figure, a first support member 13, a second support member 13 a and a
  • the support elements 13, 13a each have a first polymer material interspersed with glass fibers.
  • the second support element 13a has recesses 18, 18a for the cell connections or current conductors of the secondary cells 3, 3a to be accommodated. Between the support members 13, 13 a and with these materially connected to the functional device 1 1 is arranged.
  • the functional device 1 1 is designed for electrical contacting of the male secondary cells 3, 3 a and for their interconnection.
  • the circuit carrier 19, the battery terminals 15, 15 a Preferably, the circuit carrier 19, the battery terminals 15, 15 a
  • Data storage device 4 a plurality of sensors, and the
  • Communication device designed as a near-field radio. Also not shown are a plurality of contact elements of the functional device, wherein the contact elements of the contacting of the cell terminals or current conductors of the male secondary cells are used.
  • the functional device 1 1 is designed such that at least two of the male secondary cells 3, 3 a for
  • Power supply of the functional device 1 1 are used.
  • a second section in the figure perpendicular
  • Functional devices 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d arranged. It is not shown that the first functional device 1 1 b is electrically connected to the battery terminal 15, nor that the third functional device 1 1 d is connected to the battery terminal 15 a. Both the first functional device 1 1 b and the third functional device 1 1 d are formed as metal foils.
  • Function device 1 1 c is formed as a plastic film and isolates the first functional device 1 1 b of the third functional device 1 1 d.
  • the first functional device 1 1 b and the third functional device 1 1 d are connected to each other and a current path is closed, through which the
  • FIG. 2b shows a preferred embodiment of the housing assembly 9.
  • the secondary cells 3, 3a with the battery poles 15, 15a electrically connectable can be closed by a second housing part 20.
  • the second housing part 20 can be connected to the housing assembly 9.
  • the secondary cell 3a is a used secondary cell.
  • the wall 10 has, particularly preferably in a first section, wherein the first section is shown horizontally in the figure, a first
  • the second support element 13a has recesses 18, 18a for the cell connections or current conductors of the secondary cells 3, 3a to be accommodated. Between the support members 13, 13 a and with these materially connected to the functional device 1 1 is arranged.
  • the functional device 1 1 is designed for electrical contacting of the male secondary cells 3, 3 a and for their interconnection. By means of the functional device 1 1, the secondary cells 3, 3a with the battery terminals 15, 15a interconnected or electrically connected.
  • the circuit carrier 19 has the battery poles 15, 15a of different polarity and further functional elements 1.
  • the following functional elements which are connectable to the circuit carrier 19, which can be preferably formed integrally with the circuit substrate 19, not shown individually:
  • Data storage device 4 a plurality of sensors, and the
  • the Communication device designed as a near-field radio. Also not shown are a plurality of contact elements of the functional device, wherein the contact elements of the contacting of the cell terminals or current conductors of the male secondary cells are used.
  • the functional device 1 1 is designed such that at least two of the male secondary cells 3, 3 a for powering the
  • the wall 10 In a second section, shown vertically in the figure, the wall 10, three functional devices 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d are arranged between the support members 13, 13a. It is not shown that the first functional device 1 1 b is electrically connected to the battery terminal 15, nor that the third
  • Functional device 1 1d is connected to the battery terminal 15a. Both the first functional device 1 1 b and the third functional device 1 1 d are formed as metal foils. The second functional device 1 1 c is as
  • Plastic film formed and isolated the first functional device 1 1 b of the third functional device 1 1d. If one foreign body is the second
  • Function device 1 1 c penetrates, the first functional device 1 1 b and the third functional device 1 1 d connected to each other and it is closed a current path through which the male secondary cells can be at least partially discharged, more preferably via a discharge resistor.
  • Fig. 3 shows a plurality of series-connected secondary cells 3, 3a, which have different states of charge.
  • the secondary cell 3a is deactivated with the switching element 17a.
  • the secondary cell 3a is a used secondary cell.
  • at least one of these used secondary cells has a smaller one
  • Fig. 4 shows a preferred embodiment of the functional device 1 1 and the switching element 17.
  • the functional device 1 1 has two electrical conductors 14, 14 b for connection to secondary cells, not shown.
  • the electrical conductors 14, 14b are spaced from an insulating layer 14b of the same functional device 11.
  • the switching elements 17, 17a are as semiconductor switches formed and arranged between the electrical conductors 14, 14b. With actuation of one of these switching elements 17, 17a, in particular by the battery control device 8, not shown, the electrical conductors 14, 14b can be electrically connected to each other or electrically isolated from each other.
  • the switching elements 17, 17a are each arranged in a recess of the electrical conductor 14b.
  • the electrical conductors 14, 14b also act as a heat sink for the switching elements 17, 17a.
  • this secondary battery is used as a buffer memory of a solar power plant. Shown are the cell current (lower trace) and the cell voltage (upper trace) over a period of several hours. Cell current and cell voltage vary due to solar cycles and operating regulations. During the first 3 hours of the period, the secondary cell is periodically removed a small discharge current, in particular for supplying a consumer, whereupon the cell voltage due to the internal resistance of the secondary cell initially decreases more, but then recovered again. Overall, the cell voltage drops during the first 3 hours as a result of the discharge currents. With this lowering of the cell voltage to about 4 V is the
  • the cell voltage gradually rises to 4.2 V, this voltage of the
  • the charging current is repeatedly limited, partially inhibited, according to preferred operating instructions. So will prevents the cell voltage from exceeding the charging final voltage, thereby counteracting accelerated aging of the secondary cell.
  • the secondary cell is again periodically removed a small discharge current, in particular for supplying a consumer, whereupon the cell voltage gradually decreases to 4, 1 V.

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Abstract

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie weist die folgenden Schritte auf: S1 Bereitstellen einer gebrauchten oder zu entsorgenden Sekundärbatterie, welche wenigstens eine gebrauchte Sekundärzelle aufweist, wobei die gebrauchte Sekundärzelle eine oder mehrere gebrauchte Sekundärzellen aufweist, S2 Entnehmen wenigstens einer der gebrauchten Sekundärzellen aus der gebrauchten Sekundärbatterie, S3 Erfassen wenigstens eines physikalischen Parameters, wobei dieser physikalische Parameter einen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit dieser gebrauchten Sekundärzelle ermöglicht, und/oder Lesen von Betriebsdaten betreffend die gebrauchte Sekundärzelle, wobei die Betriebsdaten einen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit der gebrauchten Sekundärzelle ermöglichen, S4 Klassifizieren der gebrauchten Sekundärzelle, S5 Instandsetzen der gebrauchten Sekundärzelle, wenn der physikalische Parameter und/oder die Betriebsdaten auf eine unzureichende Funktionsfähigkeit der gebrauchten Sekundärzelle schließen lassen, S6 Einsetzen der gebrauchten Sekundärzelle in einen Aufnahmeraum der herzustellenden Sekundärbatterie, S7 Übermitteln einer Betriebsvorschrift an eine Batteriesteuereinrichtung der herzustellenden Sekundärbatterie, wobei die Betriebsvorschrift abhängig von dem physikalischen Parameter und/oder abhängig von den Betriebsdaten gewählt ist.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie,
Gehäusebaugruppe für die Sekundärbatterie, Sekundärbatterie mit der Gehäusebaugruppe, Verfahren zur Herstellung der Gehäusebaugruppe, Verfahren zum Betrieb der Sekundärbatterie
B e s c h r e i b u n g Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der
Sekundärbatterie, eine Gehäusebaugruppe für die Sekundärbatterie, eine Sekundärbatterie mit der Gehäusebaugruppe, ein Verfahren zur Herstellung der Gehäusebaugruppe sowie ein Verfahren zum Betrieb der Sekundärbatterie. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von Verbrauchern beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Bauart der Sekundärbatterie, der Chemie der
Sekundärbatterie oder unabhängig von der Art des versorgten Verbrauchers Verwendung finden kann.
Aus dem Stand der Technik sind Sekundärbatterien mit einer oder mehreren Sekundärzellen bekannt. Die Sekundärzellen sind ausgestaltet, wenigstens zeitweise elektrische Energie abzugeben, elektrische Energie aufzunehmen sowie umkehrbar elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln. Bei der Entsorgung einer derartigen Sekundärbatterie, besonders zeitgleich mit einem Fahrzeug, welches endgültig außer Betrieb genommen wird, können wertvolle Materialien oder Stoffe verloren gehen.
Der Verlust dieser wertvollen Materialien oder Stoffe wird mitunter als
problematisch empfunden, besonders im Hinblick auf nur begrenzt verfügbare Metalle sowie den Einsatz von Energie zur Herstellung oder Entsorgung solcher Sekundärbatterien.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, solche Verluste zu verringern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung einer
Sekundärbatterie gemäß Anspruch 1 . Anspruch 2 betrifft eine
Gehäusebaugruppe für die herzustellende Sekundärbatterie. Anspruch 5 betrifft eine Sekundärbatterie mit dieser Gehäusebaugruppe. Anspruch 7 betrifft ein Hers teil verfahren der Gehäusebaugruppe. Anspruch 8 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb der Sekundärbatterie. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie weist die folgenden Schritte auf:
51 Bereitstellen einer gebrauchten oder zu entsorgenden Sekundärbatterie, welche wenigstens eine gebrauchte Sekundärzelle aufweist, welche vorzugsweise einen Datenspeicher mit Betriebsdaten aufweist,
52 Entnehmen wenigstens einer der gebrauchten Sekundärzellen aus der gebrauchten Sekundärbatterie, insbesondere nach Schritt S1.
53 Erfassen wenigstens eines physikalischen Parameters, insbesondere der Klemmenspannung, des Innenwiderstands und/oder der Zelladekapazität, zu dieser gebrauchten Sekundärzelle, wobei dieser physikalische
Parameter einen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit dieser
gebrauchten Sekundärzelle ermöglicht, und/oder
Lesen von Betriebsdaten betreffend die gebrauchte Sekundärzelle, insbesondere aus der gebrauchten Sekundärbatterie, wobei die
Betriebsdaten einen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit der gebrauchten Sekundärzelle ermöglichen,
insbesondere nach Schritt S2, insbesondere zur Erfassung des
Alterungszustands der gebrauchten Sekundärzelle.
54 Klassifizieren der gebrauchten Sekundärzelle, insbesondere abhängig von dem physikalischen Parameter und/oder abhängig von den Betriebsdaten, insbesondere abhängig von der Zelladekapazität der gebrauchten
Sekundärzelle, insbesondere nach Schritt S3, insbesondere abhängig vom Alterungszustand der gebrauchten Sekundärzelle.
55 Instandsetzen der gebrauchten Sekundärzelle, insbesondere Ersetzen der gebrauchten Sekundärzelle, wenn der physikalischen Parameter und/oder die Betriebsdaten auf eine unzureichende Funktionsfähigkeit der gebrauchten Sekundärzelle schließen lassen.
56 Einsetzen der, insbesondere instandgesetzten, gebrauchten Sekundärzelle in einen Aufnahmeraum der herzustellenden Sekundärbatterie,
insbesondere elektrisches Verbinden der gebrauchten Sekundärzelle mit einer Verschaltungseinrichtung der herzustellenden Sekundärbatterie, insbesondere Verschalten der gebrauchten Sekundärzelle mit einer anderen der Sekundärzellen.
57 Übermitteln einer Betriebsvorschrift, insbesondere betreffend die
gebrauchte Sekundärzelle, an eine Batteriesteuereinrichtung der herzustellenden Sekundärbatterie, wobei die Betriebsvorschrift abhängig von dem physikalischen Parameter und/oder abhängig von den
Betriebsdaten gewählt ist.
Wenn eine gebrauchte Sekundärbatterie gemeinsam mit einem Fahrzeug, welches endgültig außer Betrieb genommen wird, entsorgt wird, dann können wertvolle Materialien oder Stoffe, welche insbesondere Teil der gebrauchten Sekundärzellen der Sekundärbatterie sind, verloren gehen. Wenn aber eine oder mehrere der gebrauchten Sekundärzellen der gebrauchten bzw. zu
entsorgenden Sekundärbatterie entnommen und einer weiteren
bestimmungsgemäßen Verwendung zugeführt werden, dann gehen die wertvollen Materialien bzw. Stoffe nicht verloren, selbst wenn die gebrauchten Sekundärzellen geringere Energiedichten oder Leistungsdichten aufweisen als neuwertige Sekundärzellen. Indem die gebrauchten Sekundärzellen weiterhin bestimmungsgemäß verwendet werden, wird auch nicht die Energie entwertet, welche zur Herstellung der gebrauchten Sekundärzellen aufgewendet wurde. Indem die gebrauchten Sekundärzellen weiterhin bestimmungsgemäß
verwendet werden, muss nicht weitere Energie für ein Zerlegen der gebrauchten Sekundärzellen und/oder zur Extraktion der wertvollen Materialien oder Stoffe aufgewendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie unterstützt bzw. ermöglicht die fortgesetzte
bestimmungsgemäße Verwendung einer oder mehrerer gebrauchter
Sekundärzellen, indem wenigstens eine der gebrauchten Sekundärzellen gemeinsam mit wenigstens einer anderen gebrauchten oder neuwertigen
Sekundärzelle betrieben werden kann. So wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst. Unter einer Sekundärbatterie im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu ausgestaltet ist, wenigstens zeitweise elektrische Energie abzugeben bzw. bereitzustellen, sowie elektrische Energie aufzunehmen. Die Sekundärbatterie weist eine Batterieladekapazität Cb [Ah] auf. Die Sekundärbatterie weist eine oder mehrere Sekundärzellen auf, welche vorzugsweise miteinander in Reihe und/oder parallel verschaltbar sind.
Vorliegend wird unterschieden zwischen einer gebrauchten Sekundärbatterie, deren Sekundärzellen gegenüber neuwertigen Sekundärzellen gleicher Bauart gealtert sind, und einer herzustellenden Sekundärbatterie.
Unter einer Sekundärzelle im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere ausgestaltet ist, wenigstens zeitweise elektrische Energie abzugeben, elektrische Energie aufzunehmen sowie umkehrbar elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln. Die
Sekundärzelle ist zur Bereitstellung einer Zellspannung in der Lage. Die
Sekundärzelle weist eine Zelladekapazität Ca [Ah] auf. Die Sekundärzelle weist einen Ladezustand auf, welcher vorzugsweise als Anteil [%] der Zelladekapazität angegeben wird.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle zwei Zellanschlüsse unterschiedlicher Polarität auf, an welchen zumindest zeitweise die Zellspannung bzw.
Potentialdifferenz anliegen kann. Vorzugsweise weist die Sekundärzelle einen Separator zwischen zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität sowie einen Elektrolyt zur elektrischen Wirkverbindung der Elektroden auf. Vorzugsweise weist die Sekundärzelle mehrere Anordnungen aus je zwei Elektroden
unterschiedlicher Polarität, welche je durch einen Separator beabstandet sind, auf. Vorzugsweise sind die Elektroden und die Separatoren von einer Umhüllung umgeben, wobei die Umhüllung dazu ausgestaltet ist, einem Austausch von Stoffen mit der Umgebung entgegenzuwirken. Besonders bevorzugt weist die Sekundärzelle Lithium, Lithiumionen, Schwefel und/oder Magnesium auf.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle eine Elektrodenbaugruppe auf.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als Elektrodenwickel ausgebildet, insbesondere als im Wesentlichen zylindrischer Elektrodenwickel. Vorzugsweise ist diese Elektrodenbaugruppe wiederaufladbar. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einfacherer Herstellbarkeit insbesondere dadurch, dass bandförmige Elektroden verarbeitet werden können. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die
Ladekapazität, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch weitere
Wicklungen erhöht werden kann. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe als Elektrodenflachwickel ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass dieser raumsparend neben einem weiteren Elektrodenflachwickel insbesondere innerhalb einer Batterie angeordnet werden kann.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als im Wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel ausgebildet.
Vorzugsweise ist diese Elektrodenbaugruppe wiederaufladbar. Der
Elektrodenstapel weist eine vorbestimmte Abfolge von Stapelblättern auf, wobei je zwei Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität von einem Separatorblatt getrennt sind. Vorzugsweise ist jedes Elektrodenblatt mit einer
Stromleiteinrichtung insbesondere stoffschlüssig verbunden, besonders bevorzugt einstückig mit der Stromleiteinrichtung ausgebildet. Vorzugsweise sind Elektrodenblätter gleicher Polarität insbesondere über eine gemeinsame Stromleiteinrichtung miteinander elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung der Elektrodenbaugruppe bietet insbesondere den Vorteil, dass die Ladekapazität, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch Hinzufügen weiterer
Elektrodenblätter erhöht werden kann. Besonders bevorzugt sind zumindest zwei Separatorblätter miteinander verbunden und umschließen eine
begrenzende Kante eines Elektrodenblattes. Eine derartige
Elektrodenbaugruppe mit einem einzelnen, insbesondere mäanderförmigen Separator ist in der WO 201 1/020545 beschrieben. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass einem parasitären Strom, ausgehend von dieser begrenzenden Kante zu einem Elektrodenblatt anderer Polarität, begegnet ist.
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe ausgestaltet, zeitweise elektrische Energie unter Aufnahme von Sauerstoff, insbesondere aus der Umgebungsluft oder einer anderen Sauerstoffquelle, bereitzustellen. Dabei wird der Sauerstoff von zumindest einer oder mehreren Elektroden erster Polarität aufgenommen. Beim Laden der Wandlerzelle bzw. der Elektrodenbaugruppe wird der Sauerstoff von der Elektrode erster Polarität, insbesondere an die Umgebung, abgegeben. Vorzugsweise weisen eine oder mehrere Elektroden erster Polarität je eine Trägerschicht aus feinteiligem Kohlenstoff, eine dünne Aktivschicht mit einer Dicke zwischen 5 μητι und 1 mm auf dieser Trägerschicht sowie eine Katalysatorschicht zur Beschleunigung der Sauerstoffreduktion und Hydroxidoxidation auf. Vorzugsweise weisen eine oder mehrere Elektroden zweiter Polarität ein Metall auf, besonders bevorzugt Zink, insbesondere als ZnO, oder Lithium, insbesondere als LiO. Diese bevorzugte
Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer erhöhten Energiedichte der Wandlerzelle. Diese bevorzugte Ausführungsform ist vorteilhaft mit der ersten oder zweiten bevorzugten Ausführungsform kombinierbar. Vorliegend wird unterschieden zwischen einer gebrauchten Sekundärzelle und einer neuwertigen Sekundärzelle, wobei die Zelladekapazität der gebrauchten Sekundärzelle wenigstens zeitweise, insbesondere zumeist, geringer als die Zelladekapazität einer neuwertigen Sekundärzelle gleicher Bauart ist bzw. sein soll. Vorzugsweise weist eine dieser gebrauchten Sekundärzellen innerhalb der herzustellenden Sekundärbatterie eine verringerte Einschaltdauer auf. Unter einer Gehäusebaugruppe im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere zur Aufnahme einer oder mehrerer dieser Sekundärzellen ausgestaltet ist. Dazu weist die Gehäusebaugruppe einen Aufnahmeraum auf, welcher ausgestaltet ist, eine oder mehrere dieser, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen aufzunehmen. Weiter weist die Gehäusebaugruppe eine Wandung auf. Vorzugsweise ist die
Gehäusebaugruppe ausgestaltet, die Sekundärzellen der Sekundärbatterie wenigstens bereichsweise zu umgeben. Vorzugsweise ist die
Gehäusebaugruppe bzw. deren Aufnahmeraum im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Gehäusebaugruppe mit einem zweiten Gehäuseteil derselben Sekundärbatterie verbindbar, worauf die
Gehäusebaugruppe und das zweite Gehäuseteil das Batteriegehäuse bilden.
Unter einer Wandung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere ausgestaltet ist, • den Aufnahmeraum, insbesondere gegenüber der Umgebung, zu begrenzen, und/oder
• den Aufnahmeraum, insbesondere gegenüber der Umgebung,
abzuschirmen, und/oder
• die vom Aufnahmeraum aufgenommenen Sekundärzellen, insbesondere gegenüber einem Fremdkörper aus der Umgebung die Sekundärbatterie, zu schützen, und/oder
• einem Austausch von Stoffen zwischen der Umgebung und dem
Aufnahmeraum zu begegnen, und/oder
• wenigstens zeitweise eine Funktion zur Bereitstellung von elektrischer Energie durch die wenigstens eine Sekundärzelle zu erfüllen,
• wenigstens eine dieser Sekundärzellen abzustützen, zu berühren
und/oder einer unerwünschten Relativbewegung gegenüber der
Wandung oder einer benachbarten Sekundärzelle entgegen zu wirken .
Dazu weist die Wandung wenigstens eine Funktionseinrichtung und wenigstens ein erstes Tragelement auf. Vorzugsweise ist die wenigstens eine
Funktionseinrichtung mit dem wenigstens einen ersten Tragelement wenigstens bereichsweise, insbesondere stoffschlüssig, verbunden. Vorzugsweise weist die Wandung auch ein zweites Tragelement auf, wobei das zweite Tragelement im Wesentlichen dem ersten Tragelement entspricht, wobei die wenigstens eine Funktionseinrichtung zwischen dem ersten Tragelement und dem zweiten Tragelement angeordnet ist.
Unter einer Funktionseinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere ausgestaltet ist, • die Abgabe von Energie aus der wenigstens einen Sekundärzelle, insbesondere an einen Verbraucher, zu ermöglichen bzw. zu
unterstützen, und/oder
• zur trennbaren, insbesondere elektrischen, Verbindung, insbesondere Wirkverbindung, mit der wenigstens einen Sekundärzelle, insbesondere mit mehreren der Sekundärzellen, und/oder
• zur wenigstens mittelbaren elektrischen Verbindung mit einem zu
versorgenden Verbraucher, mit einer unabhängigen Ladeeinrichtung, mit einer unabhängigen Diagnoseeinrichtung, mit einer unabhängigen Steuereinrichtung und/oder mit einer unabhängigen
Kommunikationseinrichtung,
• zur Steuerung oder Überwachung des Betriebs der Sekundärbatterie oder einer der Sekundärzellen, insbesondere eines Lade- oder
Entladevorgangs einer der Sekundärzellen,
• der Erfassung wenigstens eines physikalischen Parameters betreffend wenigstens eine der Sekundärzellen,
• der Kommunikation mit einer unabhängigen Steuereinrichtung oder einer unabhängigen Kommunikationseinrichtung.
Unter einem ersten Tragelement im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere ausgestaltet ist, die wenigstens eine
Funktionseinrichtung abzustützen, welche insbesondere ausgestaltet ist die wenigstens eine Funktionseinrichtung, insbesondere gegenüber einem Fremdkörper aus der Umgebung, zu schützen, und/oder • die wenigstens eine Funktionseinrichtung insbesondere bezüglich des Aufnahmeraums, im Wesentlichen unverrückbar zu halten, und/oder
• die wenigstens eine Funktionseinrichtung gegenüber der Umgebung der Sekundärbatterie abzugrenzen, und/oder · die wenigstens eine Funktionseinrichtung, insbesondere gegenüber der
Umgebung der Sekundärbatterie, elektrisch zu isolieren.
Das erste Tragelement dient insbesondere dazu, einer unerwünschten relativen Verlagerung der zumindest einen Funktionseinrichtung bezüglich dem ersten Tragelement bzw. einer der Sekundärzellen zu begegnen. Das erste
Tragelement dient insbesondere dazu, die zumindest eine Funktionseinrichtung insbesondere gegen schädigende Einflüsse aus der Umgebung der
Sekundärbatterie zu schützen. Dazu ist das erste Tragelement der Umgebung der Sekundärbatterie zugewandt. Das erste Tragelement ist mit einem
Polymermaterial ausgebildet. Vorzugsweise ist das erste Tragelement als erste Tragschicht ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die zumindest eine Funktionseinrichtung entlang einer größeren Fläche von dem ersten Tragelement abgestützt werden kann, wodurch insbesondere die Integrität der zumindest einen Funktionseinrichtung verbessert ist.
Unter einem physikalischen Parameter im Sinne der Erfindung ist eine
Kenngröße bzw. charakteristische Eigenschaft der Sekundärbatterie,
insbesondere einer der Sekundärzellen, zu verstehen, welche insbesondere
• einen Rückschluss auf einen erwünschten Zustand einer der
Sekundärzellen ermöglicht, und/oder
• einen Rückschluss auf einen ungeplanten bzw. unerwünschten Zustand einer der Sekundärzellen ermöglicht, und/oder • durch einen Messfühler feststellbar ist, wobei der Messfühler zumindest zeitweise ein Signal zur Verfügung stellen kann, vorzugsweise eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom, und/oder
• von einer Steuereinrichtung, insbesondere der Batteriesteuereinrichtung, verarbeitet werden kann, insbesondere mit einem Zielwert verknüpft werden kann, insbesondere mit einem anderen der erfassten
physikalischen Parameter verknüpft werden kann, und/oder
• Aufschluss ermöglicht über die Zellspannung, den Zellstrom, die
Zelltemperatur, den Zellinnenwiderstand insbesondere unter Last, den Druck in einer der Sekundärzellen, den Druck im Aufnahmeraum, die Integrität einer der Sekundärzellen, das Freiwerden einer Substanz aus einer der Sekundärzellen, das Vorliegen einer Fremdsubstanz
insbesondere aus der Umgebung einer der Sekundärzellen und/oder den Ladezustand einer der Sekundärzellen, und/oder
• eine Überführung einer der Sekundärzellen in einen anderen Zustand nahe legen kann.
Im Sinne der Erfindung gelten auch die Klemmenspannung oder
Leerlaufspannung einer der Sekundärzelle, als Zellspannung. Im Sinne der Erfindung gelten auch der elektrische Strom in die Sekundärzelle oder der elektrische Strom aus der Sekundärzelle als Zellstrom.
Unter Betriebsdaten im Sinne der Erfindung sind insbesondere solche
Information zu verstehen, welche während des Betriebs einer Sekundärbatterie oder einer der Sekundärzellen der Sekundärbatterie anfallen bzw. gewonnen werden. Dazu zählen auch • erfasste physikalische Parameter sowie zugehörige Messwerte betreffend die Sekundärbatterie oder eine der Sekundärzellen,
• Fortschrittsmeldungen, erzeugt beispielsweise von einer
Steuereinrichtung, welche den Betrieb der Sekundärbatterie oder einer der Sekundärzellen steuert bzw. überwacht, insbesondere erzeugt von dieser Batteriesteuereinrichtung,
• Fehlermeldungen, welche Aufschluss über eine fehlerhafte bzw.
unzureichende Funktion insbesondere der Sekundärbatterie oder einer der Sekundärzellen geben, · Befehle und/oder Signale, welche von der Steuereinrichtung,
insbesondere von der Batteriesteuereinrichtung, gesendet oder erhalten werden.
Unter einer Betriebsvorschrift im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Zuordnung von Zellstrom und Zelltemperatur zu verstehen. Dazu weist die Betriebsvorschrift wenigstens eine Zuordnung für den Zellstrom als Funktion der Zelltemperatur auf, wobei der zulässige Zellstrom außerhalb eines
vorbestimmten Temperaturintervalls geringer als innerhalb des vorbestimmten Temperaturintervalls ist. Unter einer Betriebsvorschrift im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Zuordnung von Zellstrom und Zellspannung zu verstehen. Dazu weist die Betriebsvorschrift wenigstens eine Abhängigkeit von Zellstrom und Zellspannung auf. Vorzugsweise ist die Betriebsvorschrift in der
Datenspeichereinrichtung überschreibbar abgespeichert. Vorzugsweise ist die Betriebsvorschrift an den Alterungszustand der zugehörigen Sekundärzelle angepasst, indem der Zellstrom mit zunehmendem Alter der Sekundärzelle gegenüber einem Zellstrom einer neuwertigen der Sekundärzellen verringert ist. Vorzugsweise ergibt sich die Betriebsvorschrift aus der in der
Datenspeichereinrichtung hinterlegten Historie der jeweiligen Sekundärzelle. Vorzugsweise ist die Betriebsvorschrift ausgestaltet, eine vorbestimmte zeitliche Änderung eines physikalischen Parameters als Größe für eine, insbesondere durch die Batteriesteuereinrichtung, zu ergreifende Abstellmaßnahme zu verarbeiten. Unter einem Solarzyklus im Sinne der Erfindung ist ein, insbesondere ungeplanter, Wechsel von ungetrübtem Sonnenschein mit Bewölkung und umgekehrt zu verstehen. Solche Solarzyklen bewirken, dass ein Solarkraftwerk zeitlich veränderliche Energiemengen bereitstellen kann, worauf ein an das Solarkraftwerk angeschlossener Pufferspeicher, vorzugsweise eine
Sekundärbatterie mit einer erfindungsgemäßen Gehäusebaugruppe und mehreren, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen, zeitlich veränderliche Energiemengen bzw. Leistungen aufzunehmen hat.
Vorzugsweise erfolgt Schritt S3 mittels einer Diagnoseeinrichtung. Die
Diagnoseeinrichtung ist zur Erfassung eines oder mehrerer dieser
physikalischen Parameter, insbesondere Klemmenspannung, Innenwiderstand und/oder der Zelladekapazität, der gebrauchten Sekundärzelle und/oder zum Lesen von Betriebsdaten zu der gebrauchten Sekundärzelle ausgestaltet. Auf Grundlage der erfassten physikalischen Parameter bzw. der Betriebsdaten kann auf die Funktionsfähigkeit, insbesondere auf die Zelladekapazität, der gebrauchten Sekundärzelle geschlossen werden. Wenn eine dieser
Sekundärzellen nach diesem Schritt als ungeeignet zur weiteren
bestimmungsgemäßen Verwendung erscheint, kann die Sekundärzelle einer andersartigen Verwertung zugeführt oder entsorgt werden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass dieser Schritt automatisiert werden kann. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Alterungszustand der Sekundärzelle erfasst werden kann.
Vorzugsweise erfolgt das Klassifizieren gemäß Schritt S4 auf Grundlage der erfassten oder ausgelesenen Zelladekapazität der gebrauchten Sekundärzelle. Vorzugsweise werden nach dem Klassifizieren Gruppen von gebrauchten Sekundärzellen gebildet, welche möglichst einheitliche Zelladekapazitäten aufweisen. So können gezielt gebrauchte Sekundärzellen
• welche hohe Zelladekapazitäten aufweisen, für Schritt S6 kombiniert werden mit neuwertigen Sekundärzellen,
• ausgewählt werden für Schritt S5,
• welche geringere Zelladekapazitäten aufweisen, kombiniert werden für Sekundärbatterien zur Versorgung stationärer Verbraucher,
• innerhalb einer herzustellenden Sekundärbatterie eine geringere
Einschaltdauer aufweisen, als eine der neuwertigen Sekundärzellen derselben Sekundärbatterie.
Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass den unterschiedlichen Alterungszuständen der gebrauchten Sekundärzellen verbessert Rechnung getragen werden kann. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass auch stark gealterte Sekundärzellen einer weiteren Verwendung zugeführt werden können.
Wenn die Zelladekapazität bzw. der Alterungszustand einer der gebrauchten Sekundärzellen wesentlich von den übrigen Sekundärzellen derselben
Sekundärbatterie abweicht, können Zelladekapazitäten einzelner Sekundärzellen ungenutzt bleiben. Vorzugsweise erfolgt Schritt S6 derart, dass wenigstens eine dieser gebrauchten Sekundärzellen, welche eine bestimmte Zelladekapazität bzw. einen bestimmten Alterungszustand aufweist, mit einer oder mehreren anderen dieser Sekundärzellen mit jeweils ähnlicher Zelladekapazität bzw.
ähnlichem Alterungszustand verschaltet wird. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Ausnutzung der verfügbaren
Zelladekapazitäten verbessert ist. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Gehäusebaugruppe für eine herzustellende Sekundärbatterie, wobei die Sekundärbatterie vorzugsweise nach dem vorgenannten Verfahren herzustellen ist, einen dieser
Aufnahmeräume auf. Dieser Aufnahmeraum ist ausgestaltet, wenigstens eine oder mehrere dieser, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen aufzunehmen, vorzugsweise gemeinsam mit einer oder mehreren neuwertigen Sekundärzellen. Die Gehäusebaugruppe weist eine Wandung auf. Die Wandung ist ausgestaltet, den Aufnahmeraum, insbesondere gegenüber der Umgebung, zu begrenzen, insbesondere zu abzuschirmen. Die Wandung weist wenigstens eine
Funktionseinrichtung auf. Die wenigstens eine Funktionseinrichtung ist ausgestaltet, die Abgabe von Energie aus der wenigstens einen Sekundärzelle, insbesondere an einen Verbraucher, zu ermöglichen bzw. zu unterstützen. Die wenigstens eine Funktionseinrichtung ist zur, insbesondere elektrischen,
Wirkverbindung mit der wenigstens einen, insbesondere gebrauchten,
Sekundärzelle ausgestaltet. Die Wandung weist wenigstens ein erstes
Tragelement auf. Das erste Tragelement ist ausgestaltet, die wenigstens eine Funktionseinrichtung abzustützen. Das erste Tragelement ist der Umgebung der Sekundärbatterie zugewandt. Vorzugsweise bildet das erste Tragelement eine der Mantelflächen der Gehäusebaugruppe. Das erste Tragelement ist mit einem, insbesondere wenigstens bereichsweise faserdurchsetzten, Polymermaterial ausgebildet.
Bei erfindungsgemäßer Ausbildung der Gehäusebaugruppe übernimmt die wenigstens eine Funktionseinrichtung mehrere Funktionen insbesondere betreffend den Betrieb der, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen, welche bei bekannten Bauarten von Sekundärbatterien durch diskrete Bauteile erfüllt werden. Mehrere diskrete Bauteile bzw. Funktionselemente sind in der zumindest einen Funktionseinrichtung insbesondere als eigene
Funktionsbaugruppe zusammengefasst. So sind zur Herstellung der genannten Gehäusebaugruppe bzw. Sekundärbatterie weniger Baugruppen erfordert, wodurch der Aufwand bei der Herstellung bzw. Montage verringert ist. So wird die zu Grunde liegende Aufgabe gelöst. Die Gehäusebaugruppe bietet insbesondere den Vorteil, dass
• die wenigstens eine Funktionseinrichtung im Wesentlichen unverlierbar durch das erste Tragelement abgestützt bzw. gehalten ist,
• die wenigstens eine Funktionseinrichtung durch das erste Tragelement, insbesondere gegenüber einem Fremdkörper aus der Umgebung der Sekundärbatterie, geschützt ist,
• der Zusammenhalt der diskreten Bauteile bzw. Funktionselemente der wenigstens einen Funktionseinrichtung, insbesondere gegenüber Vibrationen aus dem Betrieb der Sekundärbatterie, verbessert ist,
• auch eine vergleichsweise unaufwendig ausgebildete gebrauchte
Sekundärzelle der weiteren Verwendung zugeführt werden kann, indem wesentliche technische Funktionen, welche für den Betrieb der
Sekundärzellen erforderlich sind, insbesondere die Erfassung wenigstens eines der physikalischen Parameter während des Betriebs der
Sekundärzelle, von der Funktionseinrichtung geleistet werden können.
Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum der Gehäusebaugruppe identisch mit dem Aufnahmeraum gemäß Schritt S6. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Herstellung der Sekundärbatterie vereinfacht ist.
Vorzugsweise ist das Polymermaterial wenigstens bereichsweise mit einem Fasermaterial gefüllt bzw. durchsetzt, besonders bevorzugt mit Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern und/oder mit Aramidfasern, wobei das Fasermaterial insbesondere der Versteifung des ersten Tragelement dient. Besonders bevorzugt ist das Fasermaterial als Gelege oder Gewebe ausgebildet und von dem Polymermaterial im Wesentlichen vollständig umgeben. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Steifigkeit,
Formsteifigkeit und/oder die Festigkeit der Wandung erhöht ist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist dieses Polymermaterial als Thermoplast ausgebildet. So kann die Wandung unter Wärmeeinfluss umgeformt werden. Vorzugsweise liegt die Erweichungstemperatur des
Polymermaterials, insbesondere 10 K, oberhalb des Betriebstemperaturbereichs der Sekundärbatterie. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Herstellung der Gehäusebaugruppe vereinfacht ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die
Formsteifigkeit der Wandung innerhalb des Betriebstemperaturbereichs verbessert ist.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist dieses Polymermaterial aushärtbar. Vorzugsweise ist dieses Polymermaterial der nachfolgenden Gruppe entnommen, welche Epoxidharze, Polyesterharze beinhaltet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Formsteifigkeit der Wandung besonders bei Temperaturen oberhalb 130 °C verbessert ist.
Vorzugsweise weist die wenigstens eine Funktionseinrichtung ein oder mehrere Funktionselemente auf, wobei das wenigstens eine Funktionselement mit wenigstens einer, insbesondere mehrerer verschiedener, dieser Sekundärzellen, insbesondere elektrisch, verbindbar ist. Mittels dieses Funktionselements kann die wenigstens eine Funktionseinrichtung wenigstens zeitweise eine Funktion zur Bereitstellung von elektrischer Energie durch die Sekundärbatterie bzw. durch wenigstens eine der Sekundärzellen erfüllen.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Funktionseinrichtung elektrisch mit wenigstens einer dieser Sekundärzellen verbunden und kann aus dieser
Sekundärzelle mit Energie versorgt werden. Besonders bevorzugt sind zwei dieser Sekundärzellen parallel geschaltet zur redundanten Energieversorgung der Funktionseinrichtung. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass auf eine eigene Energieversorgung der Funktionseinrichtung bzw. ihrer Funktionselemente verzichtet werden kann.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Funktionselement ausgebildet als
• Batteriepol zur Verbindung mit einem zu versorgenden Verbraucher, oder
• Messfühler zur Erfassung eines dieser physikalischen Parameter,
insbesondere zur Erfassung der Zellspannung oder des Zellstroms, betreffend wenigstens eine dieser Sekundärzellen, wobei der Messfühler wenigstens zeitweise einen Messwert, welcher proportional zum erfassten physikalischen Parameter ist, insbesondere der
Batteriesteuereinrichtung, zur Verfügung stellen kann, oder
• Batteriesteuereinrichtung zur Steuerung bzw. Überwachung des Betriebs bzw. der Funktion der Sekundärbatterie, insbesondere zur Steuerung bzw. Überwachung eines Lade- oder Entladevorgangs einer der
Sekundärzellen, wobei vorzugsweise die Batteriesteuereinrichtung als Mikroprozessor oder anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgestaltet ist, oder
• Verschaltungseinrichtung, welche zur Verschaltung bzw. trennbaren
elektrischen Verbindung der wenigstens einen Sekundärzelle mit wenigstens einem der Batteriepole, insbesondere mit einem zu
versorgenden Verbraucher, ausgestaltet ist, welche insbesondere von der Batteriesteuereinrichtung angesteuert werden kann, welche insbesondere Kontaktelemente für eine oder mehrere dieser Sekundärzellen aufweist, oder • Schaltelement, welches, insbesondere von der Batteriesteuereinrichtung, angesteuert werden kann, welches insbesondere zur umkehrbaren Überbrückung einer dieser Sekundärzellen ausgestaltet ist, welches insbesondere Teil der Verschaltungseinrichtung ist, welches
insbesondere von der Batteriesteuereinrichtung angesteuert werden kann, oder
Fluiddurchlass, welche insbesondere von der Batteriesteuereinrichtung angesteuert werden kann, welcher insbesondere dazu ausgestaltet ist, einen Temperierfluid oder einem Löschmittel Zugang zu wenigstens einer der Sekundärzellen zu ermöglichen, oder
• Stelleinrichtung, welche zur Aktivierung einer unabhängigen Einrichtung, insbesondere einer Fluidfördereinrichtung zur Förderung des
Temperierfluids oder des Löschmittels, ausgestaltet ist, welche
insbesondere von der Batteriesteuereinrichtung angesteuert werden kann, oder
Kommunikationseinrichtung, welche insbesondere von der
Batteriesteuereinrichtung angesteuert werden kann, welche ausgestaltet ist zur Kommunikation von Signalen, erfassten physikalischen
Parametern, Messwerten, Zielwerten, Verlaufsmeldungen,
Fehlermeldungen, Befehlen, insbesondere an eine unabhängige
Steuereinrichtung Kommunikationseinrichtung oder Diagnoseeinrichtung, welche vorzugsweise ausgestaltet ist als Piepser, lichtemittierende Diode, Infrarotschnittstelle, GPS-Einrichtung, GSM-Baugruppe, erste
Nahfunkeinrichtung oder Transponder, oder
Datenspeichereinrichtung, welche zum Abspeichern von erfassten physikalischen Parametern, Messwerten, Zielwerten, Verlaufsmeldungen, Fehlermeldungen und/oder Betriebsvorschriften ausgestaltet ist, welche zum Datenaustausch mit der Batteriesteuereinrichtung und/oder der Kommunikationseinrichtung ausgestaltet ist, welche insbesondere von der Batteriesteuereinrichtung angesteuert werden kann.
Der wenigstens eine Messfühler ist ausgestaltet, einen dieser physikalischen Parameter einer der Sekundärzellen zu erfassen und der
Batteriesteuereinrichtung, insbesondere als Messwert, zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise ist der Messfühler ausgestaltet als: Spannungsfühler,
Stromfühler, Temperaturfühler bzw. Thermoelement, Drucksensor, Sensor für einen chemischen Stoff, nachfolgend„Stoffsensor" genannt, Gassensor, Flüssigkeitssensor, Lagesensor oder Beschleunigungssensor, wobei die
Sensoren bzw. Fühler insbesondere der Erfassung wenigstens eines
physikalischen Parameters einer dieser Sekundärzellen dienen, insbesondere der Elektrodenbaugruppe dienen. Vorzugsweise ist der Messfühler ausgestaltet zur Erfassung der Zellspannung, das ist die elektrische Spannung bzw.
Klemmenspannung der Sekundärzelle, zur Erfassung des Zellstroms, das ist die Stärke des elektrischen Stroms, welcher der Sekundärzelle zugeführt oder entnommen wird, oder zur Erfassung der Zelltemperatur, das ist die
Temperaturen einer Außenfläche der Sekundärzelle.
Vorzugsweise weist die Verschaltungseinrichtung mehrere dieser
Schaltelemente auf, welche zur Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer dieser Sekundärzellen ausgestaltet und angeordnet sind. Vorzugsweise sind ein oder mehrere dieser Kontaktelemente als federbelastete Steckkontakte zur Kontaktierung je einer dieser Sekundärzellen ausgestaltet.
Vorzugsweise ist die Kommunikationseinrichtung ausgestaltet, zeitweise, insbesondere periodisch, vorbestimmte Daten zu übermitteln, insbesondere eine Information über einen Zustand einer dieser Sekundärzellen, insbesondere an eine unabhängige Nahfunkeinrichtung, insbesondere auf Anforderung von einer unabhängigen Steuereinrichtung. Besonders bevorzugt ist die erste
Nahfunkeinrichtung ausgestaltet, zeitgleich mit den vorbestimmten Daten eine Kennung für wenigstens eine dieser Sekundärzellen zu übermitteln. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass ein Bediener der Sekundärbatterie im Wesentlichen ohne eigenes Zutun Aufschluss über den Zustand der Sekundärbatterie oder eine der Sekundärzellen erlangen kann.
Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung einen Schaltungsträger auf, insbesondere ausgebildet als Leiterplatte oder Kaptonfolie. Dieser
Schaltungsträger dient insbesondere dazu, wenigstens eines oder mehrere dieser Funktionselemente abzustützen, zu halten und/oder elektrisch zu kontaktieren. Dieser Schaltungsträger ist ausgestaltet, das Zusammenwirken mehrerer dieser Funktionselemente für die einwandfreie Bereitstellung elektrischer Energie zu ermöglichen. Vorzugsweise ist dieser Schaltungsträger zur elektrischen Verbindung wenigstens zwei oder mehrerer dieser
Funktionselemente ausgestaltet, insbesondere mittels einer oder mehrerer Leiterbahnen. Vorzugsweise ist dieser Schaltungsträger zur, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung mit dem ersten Tragelement ausgestaltet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die
Funktionseinrichtung unabhängig vom Zeitpunkt der Herstellung der
Gehäusebaugruppe vorbereitet werden kann. Diese bevorzugte Ausgestaltung ermöglicht eine vereinfachte, insbesondere stoffschlüssige, Verbindung mit dem ersten Tragelement.
Eine bevorzugte Ausgestaltung dieser Funktionseinrichtung weist auf:
• zwei dieser Batteriepole mit unterschiedlicher Polarität (Ρ+, P-), an
welchen die Zellspannungen der Sekundärzellen anliegen können, welche sich durch das erste Tragelement erstrecken,
• die Verschaltungseinrichtung, welche zur trennbaren elektrischen
Verbindung der Sekundärzellen mit den Batteriepolen ausgestaltet ist, welche mit den Batteriepolen verbunden ist, welche Kontakteinrichtungen für diese Sekundärzeilen aufweist, die Batteriesteuereinrichtung, welche zur Steuerung bzw. Überwachung der Sekundärbatterie und/oder wenigstens einer der Sekundärzellen ausgestaltet ist, welche zur Betätigung der Verschaltungseinrichtung ausgestaltet ist, vorzugsweise die Datenspeichereinrichtung, welche zum Abspeichern von Daten ausgestaltet ist, welche zum Austausch von Daten mit der Batteriesteuereinrichtung ausgestaltet ist, welche mit der
Batteriesteuereinrichtung signalverbunden ist, vorzugsweise wenigstens einen dieser Messfühler, welcher insbesondere zur Erfassung einer oder mehrerer der Zellspannungen, einer oder mehrerer der Zellströme oder einer oder mehrerer der Zelltemperaturen ausgestaltet ist, vorzugsweise wenigstens eines dieser Schaltelemente, welches zur umkehrbaren Überbrückung einer dieser Sekundärzellen ausgestaltet ist, welches insbesondere Teil der Verschaltungseinrichtung ist, vorzugsweise wenigstens eine dieser Fluiddurchlässe, welcher dazu ausgestaltet ist, einem Temperierfluid oder Löschmittel Zutritt zu einer dieser Sekundärzellen zu ermöglichen, vorzugsweise wenigstens eine dieser Stelleinrichtungen, insbesondere zur Aktivierung einer, insbesondere unabhängigen, Fluidfördereinrichtung für ein Temperierfluid oder Löschmittel. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass auch eine gebrauchte Sekundärzelle, welche ohne eigene Messfühler oder
Steuereinrichtung ausgestaltet ist, als Teil der erfindungsgemäßen
Sekundärbatterie verwendet werden kann.
Vorzugsweise weist die Gehäusebaugruppe einen Fluidkanal zur Führung des Temperierfluids auf. Der Fluidkanal ist mit der zumindest einen
Funktionseinrichtung verbunden, insbesondere mittels wenigstens einem dieser Fluiddurchlässe. Vorzugsweise ist dieser Fluiddurchlass mit einer, insbesondere unabhängigen, Fluidfördereinrichtung verbunden. Vorzugsweise kann der Fluiddurchlass, insbesondere durch die Batteriesteuereinrichtung, geöffnet oder geschlossen werden. Vorzugsweise berührt der Fluidkanal wenigstens bereichsweise wenigstens eine Mantelfläche wenigstens einer oder mehrerer dieser Sekundärzellen. So kann wenigstens zeitweise Wärmeenergie aus wenigstens einer dieser Sekundärzellen abgeführt werden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer erhöhten Sicherheit der Sekundärbatterie.
Vorzugsweise weist die Gehäusebaugruppe einen Fluidkanal zur Führung des Löschmittels auf. Der Fluidkanal ist mit der zumindest einen
Funktionseinrichtung verbunden, insbesondere mittels wenigstens einem dieser Fluiddurchlässe. Vorzugsweise ist dieser Fluiddurchlass mit einer, insbesondere unabhängigen, Fluidfördereinrichtung verbunden. Vorzugsweise kann der Fluiddurchlass, insbesondere durch die Batteriesteuereinrichtung, geöffnet oder geschlossen werden. Vorzugsweise öffnet sich dieser Fluidkanal in den
Aufnahmeraum. So kann dem Aufnahmeraum bzw. wenigstens einer der Sekundärzellen bei Bedarf, insbesondere bei einem Brand einer dieser
Sekundärzellen, das Löschmittel zugeführt werden. Diese bevorzugte
Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer erhöhten Sicherheit der Sekundärbatterie. Vorzugsweise weist die Wandung wenigstens bereichsweise einen aktivierbaren Füllstoff auf, welcher insbesondere bei Zufuhr einer Aktivierungsenergie oder ausgelöst durch eines dieser Funktionselemente zum Expandieren veranlasst werden kann oder welcher insbesondere zur Abdichtung der Wandung ausgestaltet ist, insbesondere bei Eindringen eines unabhängigen Fremdkörpers in die Wandung.
Vorzugsweise ist die Wandung bereichsweise mit eingebetteten Mikrokugeln gemäß den Lehren der US 3,615,972 oder US 4,483,889 ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Herstellung der Gehäusebaugruppe vereinfacht ist. Die Wandung kann durch ihre Porosität einem Wärmestrom einen erhöhten thermischen Widerstand entgegensetzen. Die Wandung kann durch ihre Porosität die Energie, welche ein auf die
Gehäusebaugruppe einwirkender Fremdkörper ggf. mit sich führt, zumindest teilweise in Verformungsarbeit wandeln. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Betriebssicherheit der Sekundärbatterie erhöht ist.
Vorzugsweise wirkt der aktivierbare Füllstoff flammhemmend, insbesondere durch Ausbilden einer Schutzschicht oder durch Unterbrechen einer
Kettenreaktion mit Radikalen. Vorzugsweise ist der Füllstoff ausgewählt aus der folgenden Gruppe, welche beinhaltet: Alaun, Borax, Aluminiumhydroxyd, Stoffe mit MIMIII(S04)2 und mit Kristallwasser, wobei M für ein Metallion der
Oxidationsstufe I bzw. III steht, besonders bevorzugt Kalium-Aluminium-Sulfat. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass bei einem Brand in der Umgebung der Sekundärbatterie mit dieser Wandung Zeit gewonnen werden kann für das Ergreifen weiterer Maßnahmen zur Verringerung der Gefahr, welche von einer überhitzten Sekundärzelle ausgehen können.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung ist die Wandung mit einem, mit dem Füllstoff imprägnierten, Einleger ausgebildet, besonders bevorzugt als Baumwollage. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Betriebssicherheit der Sekundärbatterie erhöht ist.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung weist die Wandung einen Einleger auf, welcher einem Pulver des Füllstoffes gepresst ist. Diese
bevorzugte Weiterbildung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Schutz der Sekundärzellen bei einem Brand in der Umgebung der Sekundärbatterie verbessert ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Betriebssicherheit der Sekundärbatterie erhöht ist.
Bei Beschädigung der Wandung kann eine Substanz aus der Umgebung der Wandlerzelle in das Zellgehäuse eintreten und mit einer Substanz einer dieser Sekundärzellen zu einer schädlichen Substanz reagieren. Vorzugsweise ist der aktivierbare Füllstoff vorgesehen, diese schädliche Substanz chemisch zu binden. Vorzugsweise weist dieser Füllstoff eine salzartige Substanz auf, besonders bevorzugt eine Substanz der nachfolgenden Gruppe, welche beinhaltet: Halogenide, Sulfate, Phosphate, Salze organischer Säuren, Salze von Carbonsäuren, Salze aus Alkoholen, Hydroxide. Insbesondere wenn
Wasser bzw. Wasserdampf in die Gehäusebaugruppe eintritt und der Elektrolyt einer beschädigten Sekundärzelle Fluor oder Fluorionen aufweist, kann
Fluorwasserstoff (HF) entstehen. Besonders bevorzugt weist dieser Füllstoff Kalziumchlorid und/oder Kalziumhydroxid auf, insbesondere zum Binden von Fluorwasserstoff. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass einem Austritt einer schädlichen Substanz aus einer der
Sekundärzellen begegnet ist.
Vorzugsweise ist der aktivierbare Füllstoff als ein organisches Aerogel mit einem dreidimensionalen Gerüst von Primärpartikeln ausgebildet. Diese Primärpartikel wachsen insbesondere bei Pyrolyse oder intensive Wärmestrahlung ohne jede Ordnung aneinander, wobei zwischen den Partikeln Hohlräume entstehen.
Mittels dieser Hohlräume wird die Wärmedurchlässigkeit der Wandung verringert. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer verbesserten Flammbeständigkeit der Gehäusebaugruppe. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Wärmedurchgang durch die Wandung verringert ist, insbesondere bei einem Brand in der
Umgebung der Sekundärbatterie oder bei einer Beschädigung einer der
Sekundärzellen.
Vorzugsweise ist der aktivierbare Füllstoff mit Blähglimmer bzw. Vermiculit ausgebildet. Zwischen den Schichten seiner Plätzchenstruktur Kristallwasser chemisch gebunden. Bei Wärmeeinwirkung wird das chemisch gebundene Wasser schlagartig ausgetrieben, wobei das Vermiculit auf ein Vielfaches seines Volumens aufgebläht wird. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Wärmedurchgang durch die Wandung verringert ist, insbesondere bei einem Brand in der Umgebung der Sekundärbatterie oder bei einer Beschädigung einer der Sekundärzellen.
Vorzugsweise ist der Füllstoff ausgestaltet, einen Schaum auszubilden. Indem der Füllstoff sein spezifisches Volumen vergrößert, wird die Wärmeleitfähigkeit der Wandung verringert. Bei vergrößertem spezifischem Volumen ist der Wärmstrom durch die Wandung verringert. Vorzugsweise weist die Wandung ein Silikat, weiter bevorzugt ein Natriumsilikat auf, besonders bevorzugt
Palstop®. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Schutz der Sekundärzellen verbessert ist gegenüber Wärmeeinwirkung aus der Umgebung der Sekundärbatterie, insbesondere bei einem Brand in der Umgebung. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass bei einem Brand in der Umgebung der Sekundärbatterie mit dieser
Wandung Zeit gewonnen werden kann für das Ergreifen weiterer Maßnahmen zur Verringerung der Gefahr, welche von einer überhitzten Sekundärzelle ausgehen können.
Vorzugsweise ist der aktivierbare Füllstoff derart ausgestaltet, dass die
Vergrößerung des spezifischen Volumens des Füllstoffs endotherm erfolgt. Bei anhaltendem Zustrom von Wärmeenergie durch die Wandung wird ein Teil dieser Wärmeenergie für die Vergrößerung des spezifischen Volumens des Füllstoffs aufgezehrt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass bei einem Brand in der Umgebung der Sekundärbatterie mit dieser Wandung Zeit gewonnen werden kann für das Ergreifen weiterer Maßnahmen zur Verringerung der Gefahr, welche von einer überhitzten Sekundärzelle ausgehen können.
Vorzugsweise weist die Wandung weist zumindest zeitweise einen Füllstoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang auf, vorzugsweise Wasser, insbesondere bevor das spezifische Volumen eines dieser aktivierbaren Füllstoffe der
Wandung vergrößert ist. Vorzugsweise ist die Wandung mit mehreren
Mikrokugeln gemäß den Lehre der US 6,703,127 oder US 6,835,334
ausgebildet, welche dieser Füllstoff aufnehmen. Bei einem fortgesetzten
Zustrom von Wärmeenergie durch die Wandung wird ein Teil dieser
Wärmeenergie aufgezehrt für den Übergang des ursprünglich insbesondere flüssigen Füllstoffs in dessen gasförmige Phase. Damit geht einher, dass eine weitere Erhöhung der Temperatur einer der Sekundärzellen über die
Verdampfungstemperatur des Füllstoffs während dessen Phasenübergang mit einer Zeitverzögerung erfolgt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet
insbesondere den Vorteil, dass bei einem Brand in der Umgebung der
Sekundärbatterie mit dieser Wandung Zeit gewonnen werden kann für das
Ergreifen weiterer Maßnahmen zur Verringerung der Gefahr, welche von einer überhitzten Sekundärzelle ausgehen können.
Vorzugsweise weist die Wandungen einen aktivierbaren Füllstoff auf, welcher ausgestaltet ist, sein spezifisches Volumen, d.h. sein Volumen pro Masseeinheit zu vergrößern, insbesondere unter Ausbildung von Hohlräumen, insbesondere bei einer vorbestimmten Temperatur der Wandung oder bei einer vorbestimmten Temperatur in der Umgebung der Sekundärbatterie. Vorzugsweise ist der aktivierbare Füllstoff ausgestaltet, einen elastischen Schaum auszubilden.
Vorzugsweise ist der aktivierbare Füllstoff mit zumindest einer Mikrokugel gemäß der Lehren der US 3,615,972 oder US 4,483,889 ausgebildet. Während des Betriebs der Sekundärbatterie kann deren Wandung insbesondere durch einen Fremdkörper beschädigt werden. Durch diese Beschädigung eines der benachbarten Tragelemente könnte ein Austausch von Stoffen zwischen der Umgebung und dem Aufnahmeraum erfolgen. Indem der Füllstoff sein spezifisches Volumen vergrößert, kann diese Beschädigung verkleinert bzw. abgedichtet werden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die passive Sicherheit der Sekundärbatterie verbessert ist.
Vorzugsweise weist der aktivierbare Füllstoff ein Polymermaterial mit zumindest einer funktionalen Gruppe auf, besonders bevorzugt mit einer OH-Gruppe, einer NH2-Gruppe oder einem Radikal wie Cl. Vorzugsweise ist das Polymermaterial zur chemischen Reaktion mit einem Stoff aus der Umgebung der
Sekundärbatterie oder einem Additiv des Elektrolyts geeignet. Während dieser chemischen Reaktion dehnt sich das Polymermaterial aus. Vorzugsweise erfolgt diese chemische Reaktion als Polymerisation insbesondere unter Vernetzung benachbarter Polymere. Besonders bevorzugt wird während der Vernetzung zumindest bereichsweise ein Elastomer ausgebildet. Während des Betriebs der Sekundärbatterie kann deren Wandung insbesondere durch einen Fremdkörper beschädigt werden. Durch diese Beschädigung könnte ein Austausch von Stoffen zwischen der Umgebung und dem Aufnahmeraum erfolgen.
Insbesondere bei einer Beschädigung der Tragelemente, welche zur
Funktionseinrichtung benachbart sind, kann das Polymermaterial in Berührung mit einem Stoff aus der Umgebung der Sekundärbatterie oder einem Additiv des Elektrolyts gelangen. Indem der Füllstoff sein spezifisches Volumen vergrößert, kann diese Beschädigung eines der benachbarten Tragelemente verkleinert bzw. abgedichtet werden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die passive Sicherheit der Sekundärbatterie verbessert ist.
Während des Betriebs der Wandlerzelle kann deren Zellgehäuse infolge eines erhöhten Innendrucks undicht werden. Indem der Füllstoff, ausgebildet als dieses Polymermaterial mit zumindest einer funktionalen Gruppe, sein spezifisches Volumen vergrößern kann, kann diese Beschädigung eines der benachbarten Tragelemente verkleinert bzw. abgedichtet werden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die passive Sicherheit der Sekundärbatterie verbessert ist.
Vorzugsweise weist die Wandung einen Gelbildner auf, insbesondere Firesorb®. Dieser Gelbildner dient insbesondere dazu, eine Schutzschicht auf der Wandung auszubilden und dort zu halten, insbesondere auf einer Außenfläche der
Gehäusebaugruppe. Die Schutzschicht dient insbesondere dazu, einen
Wärmestrom durch die Wandung zu begrenzen. Dieser Gelbildner dient insbesondere dazu, mit Wasser insbesondere derselben Wandung ein Gel zu bilden. Das Gel soll die Wandung zumindest bereichsweise bedecken und insbesondere einen Wärmestrom durch die Wandung verringern. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Schutz einer der Sekundärzellen gegenüber Wärmeeinwirkung aus der Umgebung der Wandlerzelle verbessert ist, insbesondere bei einem Brand in der Umgebung. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass bei einem Brand in der Umgebung der Sekundärbatterie mit dieser Wandung Zeit gewonnen werden kann für das Ergreifen weiterer Maßnahmen zur Verringerung der Gefahr, welche von einer überhitzten Sekundärzellen ausgehen können. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die passive Sicherheit der Sekundärbatterie verbessert ist.
Vorzugsweise weist die Wandung einen Füllstoff auf, welcher ein Inertgas freigeben kann, insbesondere N2 oder C02, insbesondere bei erhöhter
Temperatur. Vorzugsweise ist das Inertgas von zumindest einem
Speicherkörper in der Wandung aufgenommen. Diese Speicherkörper sind vorgesehen, das Inertgas bei vorbestimmten Bedingungen freigeben,
insbesondere oberhalb einer Mindesttemperatur. Indem das Inertgas
freigegeben wird, wird eine chemische Reaktion in der Nähe der Wandung gehemmt, insbesondere ein Brand. Besonders bevorzugt sind diese
Speicherkörper als Mikrokugeln gemäß einer der Lehren der US 6,703,127 oder US 6,835,334 ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass bei einem Brand in der Umgebung der Sekundärbatterie mit dieser Wandung Zeit gewonnen werden kann für das Ergreifen weiterer
Maßnahmen zur Verringerung der Gefahr, welche von einer überhitzten
Sekundärzelle ausgehen können. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die passive Sicherheit der Sekundärbatterie verbessert ist.
Vorzugsweise weist die Wandung einen chemisch reaktiven Füllstoff auf. Dieser chemisch reaktive Füllstoff ist derart gewählt, dass er bei Beschädigung der Wandung, insbesondere bei unerwünschter Öffnung der Wandung reagiert. Wenn das Gehäuseteil beschädigt wird, kann diese chemische Reaktion innerhalb der Wandung dazu beitragen, diese Beschädigung bzw. Öffnung zu verkleinern bzw. abzudichten. Vorzugsweise ist dieser Füllstoff ausgewählt aus der folgenden Gruppe, welche beinhaltet: Polyurethane, Cyanacrylate, Silikone. Vorzugsweise ist dieser Füllstoff geeignet, mit Wasser aus der Umgebung bzw. mit Luftfeuchtigkeit zu reagieren bzw. auszuhärten. Diese bevorzugte
Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die passive Sicherheit der Sekundärbatterie verbessert ist.
Vorzugsweise weist die Wandung einen chemisch reaktiven Füllstoff auf. Dieser chemisch reaktive Füllstoff ist derart gewählt, dass er bei Beschädigung bzw. insbesondere unerwünschter Öffnung der Wandung reagiert. Wenn die
Wandung beschädigt wird, kann diese chemische Reaktion innerhalb der Wandung dazu beitragen, diese Beschädigung bzw. Öffnung zu verkleinern bzw. abzudichten. Vorzugsweise ist dieser Füllstoff ausgewählt aus der folgenden Gruppe, welche beinhaltet: ungesättige Polyesterharze, Epoxidharze, Polymere mit einer Isocyanat-Gruppe, Polyurethane, Polymere mit einer Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen, Acrylate, Methacrylate. Der Reaktionspartner ist vorzugsweise der folgenden Gruppe entnommen, welche beinhaltet: Amine, Säuren, Hydroxide, Alkohole, Polyole, Isocyanate, Peroxide. Vorzugsweise ist dieser Redaktionspartner in derselben Wandung angeordnet. Vorzugsweise sind der chemisch reaktive Füllstoff und der Reaktionspartner innerhalb derselben Wandung von verschiedenen Speicherkörpern aufgenommen, vorzugsweise von verschiedenen dieser Mikrokugeln gemäß einer der Lehren der US 6,703,127 oder US 6,835,334 aufgenommen. Wenn ein Fremdkörper in die Wandung eindringt und eine Berührung des chemisch reaktiven Füllstoffs mit dem
Redaktionspartner bewirkt, dann kann die chemische Reaktion zur
Verkleinerung der Öffnung bzw. zur Abdichtung des Gehäuseteils wirken. So kann der Fremdkörper durch sein Eindringen in die Wandung unmittelbar am Ort der Beschädigung eine Berührung des chemisch reaktiven Füllstoffs mit dem zugehörigen Reaktionspartner bewirken. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer verbesserten passiven Sicherheit der
Sekundärbatterie.
Vorzugsweise weist der Speicherkörper einen dünnwandigen Mantel auf, welcher diesen Reaktionspartner umhüllt. Im Kern des Speicherkörpers ist der aktivierbare Füllstoff angeordnet. Vorzugsweise ist dieser besondere
Speicherkörper in einem Bereich der Wandung angeordnet, welcher mit höherer Wahrscheinlichkeit durch einen Fremdkörper beschädigt werden kann. Wenn ein Fremdkörper in diesem Bereich der Wandung eindringt, diesen
Speicherkörper beschädigt und eine Berührung des chemisch reaktiven
Füllstoffs mit dem Redaktionspartner bewirkt, dann dient die chemische
Reaktion zur Verkleinerung der Öffnung bzw. zur Abdichtung der Wandung. So kann der Fremdkörper durch sein Eindringen in die Wandung unmittelbar am Ort der Beschädigung eine Berührung des chemisch reaktiven Füllstoffs mit dem zugehörigen Reaktionspartner bewirken. Vorzugsweise ist dieser Speicherkörper als eine Mikrokugel gemäß einer der Lehren der US 6,703, 127 oder US
9,835,334 ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer verbesserten passiven Sicherheit der Sekundärbatterie.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung weist die herzustellende
Sekundärbatterie eine oder mehrere, insbesondere gebrauchte, dieser
Sekundärzellen auf. Die Sekundärbatterie weist eine dieser
Gehäusebaugruppen mit dem Aufnahmeraum und der Wandung auf. Die Wandung weist wenigstens eine dieser Funktionseinrichtungen sowie wenigstens das erste Tragelement auf. Vorzugsweise weist wenigstens eine dieser gebrauchten Sekundärzellen eine geringere Einschaltdauer auf, als wenigstens eine, besonders bevorzugt sämtliche, dieser neuwertigen
Sekundärzellen derselben Sekundärbatterie.
Wenn eine Sekundärbatterie gemeinsam mit einem Fahrzeug, welches endgültig außer Betrieb genommen wird, entsorgt wird, dann können wertvolle Materialien oder Stoffe, welche insbesondere Teil der Sekundärzellen sind, verloren gehen. Wenn aber die gebrauchten Sekundärzellen einer weiteren bestimmungsgemäßen Verwendung zugeführt werden, dann gehen die wertvollen Materialien bzw. Stoffe nicht verloren, selbst wenn die gebrauchten Sekundärzellen geringere Energiedichten oder Leistungsdichten aufweisen als neuwertige Sekundärzellen. Indem die gebrauchten Sekundärzellen weiterhin bestimmungsgemäß verwendet werden, wird auch nicht die Energie entwertet, welche zur Herstellung dieser gebrauchten Sekundärzellen aufgewendet wurde. Indem die gebrauchten Sekundärzellen weiterhin bestimmungsgemäß verwendet werden, muss nicht weitere Energie für ein Zerlegen der gebrauchten Sekundärzellen und/oder zur Extraktion der wertvollen Materialien oder Stoffe aufgewendet werden. Die erfindungsgemäße Sekundärbatterie bzw. deren Gehäusebaugruppe unterstützt bzw. ermöglicht die fortgesetzte
bestimmungsgemäße Verwendung einer oder mehrerer gebrauchter
Sekundärzellen, indem wenigstens eine der gebrauchten Sekundärzellen gemeinsam mit wenigstens einer anderen gebrauchten oder neuwertigen Sekundärzelle betrieben werden kann. So wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Vorzugsweise ist die Sekundärbatterie gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die wenigstens eine gebrauchte Sekundärzelle gemäß Schritt S4 klassifiziert wurde. Vorzugsweise weisen die, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen derselben Sekundärbatterie ähnliche Zelladekapazitäten Ca bzw. Alterungszustände auf. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis aus der geringsten Zelladekapazität geteilt durch die größte Zelladekapazität derselben Sekundärbatterie mehr als 0,95, weiter bevorzugt mehr als 0,96, weiter bevorzugt mehr als 0,97, weiter bevorzugt mehr als 0,98, weiter bevorzugt mehr als 0,99. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Zelladekapazitäten der einzelnen, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen besser genutzt werden können.
Vorzugsweise weist die Sekundärbatterie die Batterieladekapazität Cb [Ah] auf und jede der, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen die Zelladekapazität Ca [Ah] auf. Vorzugsweise ist ein vorbestimmtes Verhältnis q, welches berechnet wird als die Batterieladekapazität geteilt durch die, insbesondere summierten, Zelladekapazitäten, kleiner als 1 , weiter bevorzugt kleiner als 0,95, weiter bevorzugt kleiner als 0,92, weiter bevorzugt kleiner als 0,9, weiter bevorzugt größer als 0,8. Vorzugsweise ist wenigstens zeitweise wenigstens eine der Sekundärzellen wenigstens teilweise ungenutzt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass diese wenigstens eine ungenutzte Sekundärzellen als Reserve dienen kann. Diese bevorzugte
Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die zeitweise ungenutzte Sekundärzelle geschont werden kann.
Vorzugsweise weist die Sekundärzelle eine Zelladekapazität von mindestens 3 Amperestunden [Ah] auf, weiter bevorzugt von mindestens 5 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 10 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 20 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 50 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 100 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 200 Ah, weiter bevorzugt von höchstens
500 Ah. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer verbesserten Betriebsdauer des von der Sekundärzelle versorgten Verbrauchers.
Vorzugsweise kann der Sekundärzelle zumindest zeitweise, vorzugsweise während zumindest einer Stunde, ein Strom von mindestens 50 A entnommen werden, weiter bevorzugt von mindestens 100 A, weiter bevorzugt von mindestens 200 A, weiter bevorzugt von mindestens 500 A, weiter bevorzugt von höchstens 1000 A. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer verbesserten Leistungsfähigkeit des von der Sekundärzelle versorgten Verbrauchers.
Vorzugsweise kann die Sekundärzelle zumindest zeitweise eine Spannung, insbesondere eine Klemmenspannung von mindestens 1 ,2 V bereitstellen, weiter bevorzugt von mindestens 1 ,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 2 V, weiter bevorzugt von mindestens 2,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 3 V, weiter bevorzugt von mindestens 3,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 4 V, weiter bevorzugt von mindestens 4,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 6 V, weiter bevorzugt von mindestens 6,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 7 V, weiter bevorzugt von höchstens 7,5 V. Besonders bevorzugt weist die
Sekundärzelle Lithium und/oder Lithiumionen auf. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer verbesserten Energiedichte der Sekundärzelle.
Vorzugsweise kann die Sekundärzelle zumindest zeitweise, insbesondere während zumindest einer Stunde bei einer Umgebungstemperatur zwischen -40 °C und 100 °C betrieben werden, weiter bevorzugt zwischen -20 °C und 80 °C, weiter bevorzugt zwischen -10 °C und 60 °C, weiter bevorzugt zwischen 0 °C und 40 °C. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer möglichst uneingeschränkten Aufstellung bzw. Verwendung der Sekundärzelle zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder einer stationären Anlage bzw. Maschine. Vorzugsweise weist die Sekundärzelle eine gravimetrische Energiedichte von mindestens 50 Wh/kg, weiter bevorzugt von mindestens 100 Wh/kg, weiter bevorzugt von mindestens 200 Wh/kg, weiter bevorzugt von weniger als 500 Wh/kg auf. Vorzugsweise weist die Elektrodenbaugruppe Lithium-Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil einer verbesserten
Energiedichte der Sekundärzelle.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Sekundärzelle zum Einbau in ein Fahrzeug mit zumindest einem Elektromotor vorgesehen. Vorzugsweise ist die Sekundärzelle zur Versorgung dieses Elektromotors vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Sekundärzelle vorgesehen, zumindest zeitweise einen
Elektromotor eines Antriebsstrangs eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs zu versorgen. Diese Weiterbildung bietet insbesondere den Vorteil einer verbesserten Versorgung des Elektromotors. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Sekundärzelle zum Einsatz in einer stationären Batterie vorgesehen, insbesondere in einem
Pufferspeicher, als Gerätebatterie, Industriebatterie oder Starterbatterie.
Vorzugsweise beträgt die Zelladekapazität der Sekundärzelle für diese
Anwendungen mindestens 3 Ah, besonders bevorzugt mindestens 10 Ah. Diese Weiterbildung bietet insbesondere den Vorteil einer verbesserten Versorgung eines stationären Verbrauchers, insbesondere eines stationär montierten Elektromotors.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger. 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) enthält, 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 enthält 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. Insbesondere Zirkonoxid dient der Stoffintegrität, t Nanoporösität und Flexibilität des Separators. Bevorzugt weist das
anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Diese Weiterbildung bietet insbesondere den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem
Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung besteht der zumindest eine Separator, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend, für Ionen aber leitfähig ist, zumindest überwiegend bzw. vollständig aus einer Keramik, vorzugsweise aus einer Oxidkeramik. Diese Weiterbildung bietet insbesondere den Vorteil, dass Beständigkeit der Elektrodenbaugruppe bei Temperaturen oberhalb 100°C verbessert ist. Gemäß einer ersten Weiterbildung weist wenigstens eine Elektrode der
Sekundärzelle, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, eine Verbindung mit der Formel LiMP04 auf, wobei M wenigstens ein Übergangsmetallkation der ersten Reihe des Periodensystems der Elemente ist. Das
Übergangsmetallkation ist vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Mn, Fe, Ni und Ti oder einer Kombination dieser Elemente gewählt. Die Verbindung weist vorzugsweise eine Olivinstruktur auf, vorzugsweise übergeordnetes Olivin, wobei Fe besonders bevorzugt ist.
Gemäß einer zweiten Weiterbildung weist vorzugsweise wenigstens eine
Elektrode der Sekundärzelle, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, ein Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn204 vom Spinell-Typ, ein Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCo02, oder ein Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNi02, oder ein Gemisch aus zwei oder drei dieser Oxide, oder ein Lithiummischoxid, welches Mangan, Kobalt und Nickel enthält, auf. Vorzugsweise ist die Sekundärbatterie umkehrbar aus einem ersten
Versorgungszustand in einen zweiten Versorgungszustand überführbar, insbesondere abhängig von wenigstens einem dieser physikalischen Parameter betreffend eine dieser, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen. Der erste Versorgungszustand zeichnet sich dadurch aus, dass sämtliche der,
insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen wenigstens mittelbar, insbesondere durch die Verschaltungseinrichtung, mit zwei der Batteriepole unterschiedlicher Polarität (Ρ+, P-) elektrisch verbunden sind. Vorzugsweise kann die
Sekundärbatterie mit der erfindungsgemäßen Gehäusebaugruppe und mehreren dieser gebrauchten Sekundärzellen zur Pufferung der von einem Solarkraftwerk bereitgestellten Energie verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass
Solarzyklen bzw. die damit verbundenen Energiemengen die Alterung der Sekundärbatterie bzw. deren Sekundärzellen beschleunigen können,
insbesondere infolge Überladung. Bei dieser Verwendung der Sekundärbatterie sind die messtechnischen und steuerungstechnischen Eigenschaften der Gehäusebaugruppe für den Betrieb der Sekundärbatterie, insbesondere für die Begrenzung der
Ladeschlussspannung oder des Ladestroms, besonders vorteilhaft.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist beim geplanten Laden der Sekundärzellen deren Ladeschlussspannung zwischen 0,2 V und 0,5 V gegenüber den maximal zulässigen Zellspannungen, insbesondere 4,2 V, verringert, gemäß bevorzugter Betriebsvorschrift. So werden die Sekundärzellen zunächst nicht vollständig aufgeladen und weisen je eine freie Ladekapazität auf. Vorzugsweise kann einer oder mehrere dieser Sekundärzellen wenigstens zeitweise ein Entladestrom entnommen, insbesondere zunächst einem
Zwischenspeicher, etwa einem Kondensator oder einer Spule, oder einem elektrischen Widerstand zugeführt, bis die Ladeschlussspannung je
Sekundärzelle erreicht ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die mit Solarzyklen verbundenen Energiemengen von den Sekundärzellen im Wesentlichen ohne deren Schädigung aufgenommen werden können, insbesondere im Umfang der freien Ladekapazitäten.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung wird, gemäß bevorzugter Betriebsvorschrift, der Ladestrom wenigstens einer der Sekundärzellen bei einem Solarzyklus begrenzt, insbesondere wenn die maximal zulässige
Zellspannung der Sekundärzelle, insbesondere 4,2 V, erreicht wird oder eine zeitliche Änderung der Zellspannung oder des Zellstroms in ein vorbestimmtes Intervall fällt. Vorzugsweise wird die überschüssige Energie wenigstens teilweise zunächst einem Zwischenspeicher, etwa einem Kondensator oder einer Spule, oder einem elektrischen Widerstand zugeführt. Vorzugsweise erfolgt die Überführung von Energie aus dem Zwischenspeicher in die Sekundärbatterie bzw. deren Sekundärzellen zeitversetzt mittels einem Pulsstrom oder einer Abfolge von Pulsströmen, gemäß bevorzugter Betriebsvorschrift. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet Vorteil, dass einer Überladung der
Sekundärzellen begegnet ist.
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung wird, gemäß bevorzugter Betriebsvorschrift, der Ladestrom wenigstens einer der Sekundärzellen bei einem Solarzyklus unterbunden, insbesondere wenn die maximal zulässige Zellspannung der Sekundärzelle erreicht wird. Vorzugsweise wird die
überschüssige Energie zunächst einem Zwischenspeicher zugeführt, etwa einem Kondensator oder einer Spule, oder einem elektrischen Widerstand.
Vorzugsweise erfolgt die Überführung von Energie aus dem Zwischenspeicher in die Sekundärbatterie bzw. deren Sekundärzellen zeitversetzt mittels einem Pulsstrom oder einer Abfolge von Pulsströmen, gemäß bevorzugter
Betriebsvorschrift. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet Vorteil, dass einer Überladung der Sekundärzellen begegnet ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen der vorgenannten Gehäusebaugruppe die nachfolgenden Schritte auf: 58 Erzeugen wenigstens einer dieser Funktionseinrichtungen, insbesondere mit wenigstens einem dieser Funktionselemente, vorzugsweise
Zusammenführen mehrerer dieser Funktionselemente, insbesondere mit einem dieser Schaltungsträger, zu dieser wenigstens einen
Funktionseinrichtung, wobei vorzugsweise die Funktionseinrichtung als eine bestückte, insbesondere flexible, Leiterplatte erzeugt wird,
59 Verbinden, insbesondere stoffschlüssig, des ersten Tragelements mit der wenigstens einen Funktionseinrichtung, worauf ein Schichtverbund gebildet ist, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des Polymermaterials entspricht,
insbesondere mit einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse, insbesondere nach Schritt S8,
S10 Umformen des Schichtverbunds, insbesondere unter Wärmeeinfluss, insbesondere zur Ausbildung des Aufnahmeraums, insbesondere in einem Formgebungswerkzeug, insbesondere mittels Verformung des, insbesondere erwärmten, Schichtverbunds mit einem
Formgebungswerkzeug, welches an die Gestalt der aufzunehmenden Sekundärzellen angepasst ist, wobei insbesondere der Aufnahmeraum durch Schließen des Formgebungswerkzeugs erzeugt wird, insbesondere nach Schritt S9.
Vorzugsweise weist das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte auf:
515 Auflegen zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen insbesondere aus einer ersten Bevorratung, auf das erste Tragelement oder eine andere dieser Funktionseinrichtungen, insbesondere vor Schritt S9,
516 Ablängen zumindest eines Abschnitts von dem Schichtverbund,
vorzugsweise mit einer Trenneinrichtung, insbesondere vor Schritt S10, 517 Erwärmen des Schichtverbunds, insbesondere bis zu einer
Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des Polymermaterials des ersten Tragelements entspricht, insbesondere in dem Formgebungswerkzeug, insbesondere vor Schritt S10, insbesondere nach Schritt S16,
518 Verfestigen bzw. Aushärten des verformten Schichtverbunds,
insbesondere nach Schritt S10, vorzugsweise durch Abkühlen auf eine Entnahmetemperatur, welche insbesondere unterhalb der
Erweichungstemperatur des Polymermaterials liegt, S19 Verbinden eines dieser zweiten Gehäuseteile mit der
Gehäusebaugruppe, insbesondere stoffschlüssig, insbesondere bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des Polymermaterials entspricht, insbesondere unter Einsatz eines Dicht- und/oder Klebstoffes, wobei vorzugsweise ein Randbereich der
Gehäusebaugruppe mit dem zweiten Gehäuseteil, insbesondere stoffschlüssig, verbunden wird, insbesondere nach Schritt S18, insbesondere nach Schritt S6,
S20 Verbinden, insbesondere stoffschlüssig, des zweiten Tragelements mit der wenigstens einen Funktionseinrichtung zum Schichtverbund, insbesondere mit einer isotaktischen oder kontinuierlichen Presse, wobei die wenigstens einen Funktionseinrichtung zwischen dem ersten und zweiten Tragelement angeordnet ist, insbesondere bei einer
Arbeitstemperatur, welche wenigstens der Erweichungstemperatur des Polymermaterials entspricht, insbesondere vor Schritt S10.
Das Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass die
Gehäusebaugruppe mit einer vorbestimmten Biegesteifigkeit und/oder einer vorbestimmten Fähigkeit zur Energieaufnahme bezüglich eines aus der Umgebung auf die Sekundärbatterie einwirkenden Fremdkörpers herstellbar ist, wodurch insbesondere die mechanische Widerstandsfähigkeit der
Sekundärbatterie verbessert ist.
Das Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass die
Gehäusebaugruppe bei der Arbeitstemperatur oberhalb des
Betriebstemperaturbereichs einer Umformung weniger Widerstand
entgegensetzt und somit einfacher hergestellt werden kann.
Das Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass das erste
Tragelement den Zusammenhalt der Funktionseinrichtung verbessert, wodurch die Widerstandsfähigkeit der Sekundärbatterie gegenüber Vibrationen bzw. die Funktionsfähigkeit der Sekundärbatterie bei Vibrationen verbessert ist.
Das Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass, insbesondere im Gegensatz zu Sekundärbatterien mit üblichen Gehäusen, auf separate, versteifende Bauteile verzichtet werden kann. Das Herste II verfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass nach Ausbildung der Funktionseinrichtung, des Schichtverbunds und/oder der Gehäusebaugruppe die späteren Fertigungsschritte vereinfacht sind. So werden Herstellkosten gespart.
Das Herstellverfahren bietet insbesondere den weiteren Vorteil, dass Ausbeute und Qualität der Herstellung verbessert sind. Das Herstellverfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass die
Gehäusebaugruppe einfach und kostengünstig an unterschiedliche Anzahlen von Sekundärzellen anpassbar ist, insbesondere indem die Gehäusebaugruppe erst unmittelbar vor dem Einlegen der Sekundärzellen hergestellt wird. So können Lagerkosten verringert werden. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung weist das Herstellverfahren für die Gehäusebaugruppe die folgenden Schritte auf: S8, vorzugsweise S15, S9, vorzugsweise S20, vorzugsweise S16, vorzugsweise S17, S10, vorzugsweise S18. Dabei ist die Reihenfolge der aufgezählten Schritte beliebig. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die wenigstens eine Funktionseinrichtung mit einem beliebigen zeitlichen Abstand vor der Gehäusebaugruppe vorbereitet werden kann.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung werden die Schritte der ersten bevorzugten Ausgestaltung entsprechend der dargelegten Reihenfolge abgearbeitet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass die Herstellung, insbesondere für hohe Qualität, insbesondere mittels einer Fertigungseinrichtung, automatisierbar ist.
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung, basierend auf der ersten oder zweiten bevorzugten Ausgestaltung, erfolgt Schritt S9, insbesondere auch Schritt S20, bei einer Arbeitstemperatur, welche wenigstens der
Erweichungstemperatur des Polymermaterials entspricht. Weiter folgt Schritt S10 auf Schritte S9 oder S20, wobei Schritt S17 entfällt. Schritt S17 kann entfallen, weil die erhöhte Temperatur des Schichtverbunds nach Schritt S9 bzw. Schritt S20 für die Durchführung des Schritts S10 ausreicht. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Energieaufwand verringert ist.
Verfahren zum Betrieb der vorgenannten Sekundärbatterie
Für das Betriebsverfahren weist die Sekundärbatterie zwei oder mehrere der, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen auf. Die Sekundärzellen sind durch die Verschaltungseinrichtung wenigstens zeitweise mit zwei der Batteriepole unterschiedlicher Polarität (Ρ+, P-) elektrisch verbunden. Die Sekundärbatterie oder die Verschaltungseinrichtung weisen eines oder mehrere der
Schaltelemente auf, vorzugsweise ein Schaltelement je Sekundärzelle.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Betrieb der vorgenannten Sekundärbatterie den Schritt auf: S13 Laden wenigstens einer der Sekundärzellen mit einem verringerten
Ladestrom im Bereich von etwa 0,03 C oder 0,15 C bis 0,3 C,
vorzugsweise mit einem Ladestrom im Bereich 100 bis 850 mA, wenigstens zeitweise, vorzugsweise während eines Zeitraums von 15 bis 60s, vorzugsweise durch Betätigen eines der Schaltelemente, besonders bevorzugt durch wiederholtes Betätigen des Schaltelements.
Dabei ist die sog. Laderate C [1 /h] proportional zum Betrag des Ladestroms I [A], und wird berechnet als I = Ca * C , wobei Ca [Ah] für die Ladekapazität der Sekundärzelle steht.
Vorzugsweise wird Schritt S13, insbesondere betreffend eine der
Sekundärzellen, mehrfach hintereinander durchgeführt. Vorzugsweise wird S13 auf eine der Sekundärzellen angewendet, bei welcher nach Röntgenmessungen oder Innenwiderstandsänderungsmessungen davon ausgegangen wird, dass eine Abscheidung metallischen Lithiums erfolgt ist. Vorzugsweise wird Schritt S13 auf eine der Sekundärzellen angewendet, bei welcher nach
Röntgenmessungen oder Innenwiderstandsänderungsmessungen davon ausgegangen wird, dass sich die Aktivmasse vom Kollektor einer derselben Elektrode einer Sekundärzelle wenigstens bereichsweise abgelöst hat.
Dieses Verfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass der Alterungszustand einer derart gealterten Sekundärzelle verbessert werden kann. Es wurde experimentell gefunden, dass der Alterungszustand einer derart gealterten Sekundärzelle verbessert werden kann, indem bei einer
Ladekazapität von mindestens
• 40 Ah die Sekundärzelle während eines Zeitraums von 60 bis 300s
gemäß Schritt S13 geladen wird,
• 20 Ah die Sekundärzelle für etwa 45s gemäß Schritt S13 mit einem
Ladestrom von 0,15 C oder 3A geladen wird.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird eine, vorzugsweise gemäß Schritt S4 klassifizierte, gebrauchte Sekundärzelle zum Herstellen einer
Sekundärbatterie verwendet, wobei vorzugsweise die Sekundärbatterie gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ausgebildet wird, wobei vorzugsweise die Sekundärbatterie mit einer Gehäusebaugruppe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet wird. Vorzugsweise wird dabei die gebrauchte
Sekundärzelle mit wenigstens einer im Wesentlichen neuwertigen
Sekundärzelle, besonders bevorzugt derselben Bauart, kombiniert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 ein Histogramm zu erfassten Ladekapazitäten verschiedener
Sekundärzellen,
Fig. 2 eine dieser Gehäusebaugruppen,
Fig. 3 mehrere, in Reihe geschaltete Sekundärzellen, Fig. 4 eine bevorzugte Ausgestaltung der Funktionseinrichtung bzw. des Schaltelements,
Fig. 5 den zeitlichen Verlauf von Zellstrom und Zellspannung einer der
Sekundärzellen einer Sekundärbatterie mit der erfindungsgemäßen Gehäusebaugruppe, welche als Pufferspeicher eines Solarkraftwerks verwendet ist.
Fig.1 zeigt ein Histogramm zu erfassten Ladekapazitäten verschiedener gebrauchter Sekundärzellen 3, 3a. Die Sekundärzellen 3, 3a wurden einer gebrauchten Sekundärbatterie entnommen und Schritt S3 unterzogen.
Dargestellt ist die Verteilung der Zelladekapazitäten der untersuchten
Sekundärzellen 3, 3a, wobei die Zelladekapazitäten zwischen etwa 20 und 24 Ah variieren. Nach Schritt S3 können die gebrauchten Sekundärzellen 3, 3a auf Grundlage der erfassten Zelladekapazitäten gemäß Schritt S4 klassifiziert, gemäß Schritt S5 instandgesetzt oder entsorgt werden. Dabei sind die nachfolgend gewählten Grenzen abhängig von der Bauart der Sekundärzellen und deren Alterungszuständen gewählt.
Unter Berücksichtigung einer beabsichtigten mittleren Zelladekapazität von 24 Amperestunden können die gebrauchten Sekundärzellen, aufweisend eine Zelladekapazität von mindestens 23 Ah, gruppiert werden zur Kombination mit neuwertigen Sekundärzellen.
Die gebrauchten Sekundärzellen mit einer Zelladekapazität zwischen 20 und 24 Ah werden gruppiert für eine Sekundärbatterie für den stationären Einsatz, welche ohne weitere neuwertige Sekundärzellen hergestellt werden soll.
Vorzugsweise weist wenigstens eine dieser gebrauchten Sekundärzellen eine geringere Einschaltdauer auf, als wenigstens eine, besonders bevorzugt sämtliche, dieser neuwertigen Sekundärzellen derselben Sekundärbatterie. Die gebrauchten Sekundärzellen mit einer Zelladekapazität kleiner als 21 Ah können einem Reparaturladeverfahren gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung unterzogen werden. Anschließend und abhängig vom Ergebnis des
Reparaturladeverfahrens werden diese gebrauchten Sekundärzellen für den stationären Einsatz vorgesehen oder entsorgt.
Fig. 2a zeigt schematisch eine Gehäusebaugruppe 9. Die Gehäusebaugruppe 9 weist eine Wandung 10 auf, welche den Aufnahmeraum 6 wenigstens abschnittsweise umgibt. Die Wandung 10 weist ein erstes Tragelement 13 und eine Funktionseinrichtung 1 1 auf. Vorzugsweise weist die Wandung 10 einen umlaufenden Bund auf, welcher der Verbindung mit einem nicht dargestellten zweiten Gehäuseteil dient. Vorzugsweise ist das zweite Gehäuseteil
ausgestaltet, eine Öffnung des ersten Gehäuseteils zu verschließen.
Vorzugsweise weist die Wandung 10, besonders bevorzugt in einem ersten Abschnitt, wobei der erste Abschnitt in der Figur waagerecht dargestellt ist, ein erstes Tragelement 13, ein zweites Tragelement 13a und eine
Funktionseinrichtung 1 1 auf. Die Tragelemente 13, 13a weisen je ein mit Glasfasern durchsetztes erstes Polymermaterial auf. Das zweite Tragelement 13a weist Ausnehmungen 18, 18a für die Zellanschlüsse bzw. Stromableiter der aufzunehmenden Sekundärzellen 3, 3a auf. Zwischen den Tragelementen 13, 13a und mit diesen stoffschlüssig verbunden ist die Funktionseinrichtung 1 1 angeordnet. Die Funktionseinrichtung 1 1 ist zur elektrischen Kontaktierung der aufzunehmenden Sekundärzellen 3, 3a und zu deren Verschaltung ausgestaltet. Mittels der Funktionseinrichtung 1 1 sind die Sekundärzellen 3, 3a mit den Batteriepole 15, 15a verschaltbar bzw. elektrisch verbindbar. Vorzugsweise weist der Schaltungsträger 19 die Batteriepole 15, 15a
unterschiedlicher Polarität sowie weitere Funktionselemente 14 auf. Für einfachere Darstellung sind die folgenden Funktionselemente, welche mit dem Schaltungsträger 19 verbindbar sind, welche vorzugsweise einstückig mit dem Schaltungsträger 19 ausgebildet werden können, nicht einzeln dargestellt: die Batteriesteuereinrichtung 8, die Verschaltungseinrichtung 7, die
Datenspeichereinrichtung 4, mehrere Messfühler, sowie die
Kommunikationseinrichtung, ausgestaltet als Nahfunkeinrichtung. Auch nicht dargestellt sind mehrere Kontaktelemente der Funktionseinrichtung, wobei die Kontaktelemente der Kontaktierung der Zellanschlüsse bzw. Stromableiter der aufzunehmenden Sekundärzellen dienen.
Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung 1 1 derart ausgestaltet, dass wenigstens zwei der aufzunehmenden Sekundärzellen 3, 3a zur
Energieversorgung der Funktionseinrichtung 1 1 herangezogen werden. Vorzugsweise sind in einem zweiten Abschnitt, in der Figur senkrecht
dargestellt, der Wandung 10 zwischen den Tragelementen 13, 13a drei
Funktionseinrichtungen 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d angeordnet. Es ist weder dargestellt, dass die erste Funktionseinrichtung 1 1 b elektrisch mit dem Batteriepol 15 verbunden ist, noch dass die dritte Funktionseinrichtung 1 1 d mit dem Batteriepol 15a verbunden ist. Sowohl die erste Funktionseinrichtung 1 1 b als auch die dritte Funktionseinrichtung 1 1 d sind als Metallfolien ausgebildet. Die zweite
Funktionseinrichtung 1 1 c ist als Kunststofffolie ausgebildet und isoliert die erste Funktionseinrichtung 1 1 b von der dritten Funktionseinrichtung 1 1 d. Wenn ein Fremdkörper die zweite Funktionseinrichtung 1 1 c durchstößt, werden die erste Funktionseinrichtung 1 1 b und die dritte Funktionseinrichtung 1 1 d miteinander verbunden und es wird ein Strompfad geschlossen, durch welchen die
aufzunehmenden Sekundärzellen wenigstens teilweise entladen werden können, besonders bevorzugt über einen Entladewiderstand.
Figur 2b zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Gehäusebaugruppe 9.
Sekundärzellen 3, 3a in den Aufnahmeraum 6 eingesetzt sind. Die
Zellanschlüsse bzw. Stromableiter der Sekundärzellen 3, 3a sind durch
Ausnehmungen 18, 18a des zweiten Tragelements 13a elektrisch mit der Funktionseinrichtung 1 1 verbunden. Mittels der nicht eigens dargestellten Verschaltungseinrichtung 14 sind die Sekundärzellen 3, 3a mit den Batteriepolen 15, 15a elektrisch verbindbar. Der Aufnahmeraum 6 ist durch ein zweites Gehäuseteil 20 verschließbar. Dazu ist das zweite Gehäuseteil 20 mit der Gehäusebaugruppe 9 verbindbar. Vorzugsweise handelt es sich bei der Sekundärzelle 3a um eine gebrauchte Sekundärzelle. Die Wandung 10 weist, besonders bevorzugt in einem ersten Abschnitt, wobei der erste Abschnitt in der Figur waagerecht dargestellt ist, ein erstes
Tragelement 13, ein zweites Tragelement 13a und eine Funktionseinrichtung 1 1 auf. Gemeinsam bilden das Die Tragelemente 13, 13a weisen je ein mit
Glasfasern durchsetztes erstes Polymermaterial auf. Das zweite Tragelement 13a weist Ausnehmungen 18, 18a für die Zellanschlüsse bzw. Stromableiter der aufzunehmenden Sekundärzellen 3, 3a auf. Zwischen den Tragelementen 13, 13a und mit diesen stoffschlüssig verbunden ist die Funktionseinrichtung 1 1 angeordnet. Die Funktionseinrichtung 1 1 ist zur elektrischen Kontaktierung der aufzunehmenden Sekundärzellen 3, 3a und zu deren Verschaltung ausgestaltet. Mittels der Funktionseinrichtung 1 1 sind die Sekundärzellen 3, 3a mit den Batteriepole 15, 15a verschaltbar bzw. elektrisch verbindbar.
Der Schaltungsträger weist 19 die Batteriepole 15, 15a unterschiedlicher Polarität sowie weitere Funktionselemente 1 auf. Für einfachere Darstellung sind die folgenden Funktionselemente, welche mit dem Schaltungsträger 19 verbindbar sind, welche vorzugsweise einstückig mit dem Schaltungsträger 19 ausgebildet werden können, nicht einzeln dargestellt: die
Batteriesteuereinrichtung 8, die Verschaltungseinrichtung 7, die
Datenspeichereinrichtung 4, mehrere Messfühler, sowie die
Kommunikationseinrichtung, ausgestaltet als Nahfunkeinrichtung. Auch nicht dargestellt sind mehrere Kontaktelemente der Funktionseinrichtung, wobei die Kontaktelemente der Kontaktierung der Zellanschlüsse bzw. Stromableiter der aufzunehmenden Sekundärzellen dienen. Die Funktionseinrichtung 1 1 ist derart ausgestaltet, dass wenigstens zwei der aufzunehmenden Sekundärzellen 3, 3a zur Energieversorgung der
Funktionseinrichtung 1 1 herangezogen werden.
In einem zweiten Abschnitt, in der Figur senkrecht dargestellt, der Wandung 10 sind zwischen den Tragelementen 13, 13a drei Funktionseinrichtungen 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d angeordnet. Es ist weder dargestellt, dass die erste Funktionseinrichtung 1 1 b elektrisch mit dem Batteriepol 15 verbunden ist, noch dass die dritte
Funktionseinrichtung 1 1d mit dem Batteriepol 15a verbunden ist. Sowohl die erste Funktionseinrichtung 1 1 b als auch die dritte Funktionseinrichtung 1 1d sind als Metallfolien ausgebildet. Die zweite Funktionseinrichtung 1 1 c ist als
Kunststofffolie ausgebildet und isoliert die erste Funktionseinrichtung 1 1 b von der dritten Funktionseinrichtung 1 1d. Wenn ein Fremdkörper die zweite
Funktionseinrichtung 1 1 c durchstößt, werden die erste Funktionseinrichtung 1 1 b und die dritte Funktionseinrichtung 1 1 d miteinander verbunden und es wird ein Strompfad geschlossen, durch welchen die aufzunehmenden Sekundärzellen wenigstens teilweise entladen werden können, besonders bevorzugt über einen Entladewiderstand.
Fig. 3 zeigt mehrere, in Reihe geschaltete Sekundärzellen 3, 3a, welche unterschiedliche Ladezustände aufweisen. Derzeit ist die Sekundärzelle 3a mit dem Schaltelement 17a deaktiviert. Vorzugsweise handelt es sich bei der Sekundärzelle 3a um eine gebrauchte Sekundärzelle. Vorzugsweise weist wenigstens eine dieser gebrauchten Sekundärzellen eine geringere
Einschaltdauer auf, als wenigstens eine, besonders bevorzugt sämtliche, dieser neuwertigen Sekundärzellen derselben Sekundärbatterie. Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Funktionseinrichtung 1 1 bzw. des Schaltelements 17. Die Funktionseinrichtung 1 1 weist zwei elektrische Leiter 14, 14b zur Verbindung mit nicht dargestellten Sekundärzellen auf. Die elektrischen Leiter 14, 14b sind von einer Isolierschicht 14b derselben Funktionseinrichtung 1 1 beabstandet. Die Schaltelemente 17, 17a sind als Halbleiterschalter ausgebildet und zwischen den elektrischen Leitern 14, 14b angeordnet. Mit Betätigung eines dieser Schaltelements 17, 17a, insbesondere durch die nicht dargestellte Batteriesteuereinrichtung 8, können die elektrischen Leiter 14, 14b elektrisch miteinander verbunden oder voneinander elektrisch isoliert werden. Die Schaltelemente 17, 17a sind in je einer Vertiefung des elektrischen Leiters 14b angeordnet. Die elektrischen Leiter 14, 14b wirken auch als Wärmesenke für die Schaltelemente 17, 17a.
Fig.5 zeigt den zeitlichen Verlauf von Zellstrom und Zellspannung einer der Sekundärzellen einer Sekundärbatterie mit der erfindungsgemäßen
Gehäusebaugruppe, wobei diese Sekundärbatterie als Pufferspeicher eines Solarkraftwerks verwendet ist. Dargestellt sind der Zellstrom (unterer Verlauf) und die Zellspannung (obere Verlauf) über einen Zeitraum von mehreren Stunden. Dabei variieren Zellstrom und Zellspannung aufgrund von Solarzyklen und aufgrund von Betriebsvorschriften. Während der ersten 3 Stunden des Zeitraums wird der Sekundärzelle periodisch ein geringer Entladestrom insbesondere zur Versorgung eines Verbrauchers entnommen, worauf die Zellspannung aufgrund des Innenwiderstands der Sekundärzelle zunächst stärker sinkt, sich anschließend aber wieder erholt. Insgesamt sinkt die Zellspannung während der ersten 3 Stunden als Folge der Entladeströme. Mit dieser Absenkung der Zellspannung auf etwa 4 V ist die
Sekundärzelle zur Aufnahme von Energie aus dem Solarkraftwerk vorbereitet.
Während der Stunden 4, 5 und 6 werden der Sekundärzelle zeitweise
verschiedene Ladeströme aus dem Solarkraftwerk zugeführt. Dabei steigt die Zellspannung nach und nach auf 4,2 V, wobei diese Spannung der
Ladeschlussspannung der Sekundärzelle entspricht.
Während der Stunden 7, 8 und 9 wird der Ladestrom wiederholt begrenzt, teilweise unterbunden, gemäß bevorzugter Betriebsvorschrift. So wird verhindert, dass die Zellspannung die lade Schlussspannung überschreitet, wodurch einer beschleunigten Alterung der Sekundärzelle entgegengewirkt wird.
Während der Stunden 10, 1 1 und 12 wird der Sekundärzelle wieder periodisch ein geringer Entladestrom insbesondere zur Versorgung eines Verbrauchers entnommen, worauf die Zellspannung nach und nach auf 4, 1 V absinkt.
Liste der Bezugszeichen
1 herzustellende Sekundärbatterie 3, 3a Sekundärzelle, insbesondere gebrauchte Sekundärzelle
4 Datenspeicher der gebrauchten Sekundärbatterie
6 Aufnahmeraum
7 Verschaltungseinrichtung
8 Batteriesteuereinrichtung 9 Gehäusebaugruppe
10 Wandung der Gehäusebaugruppe 1 1 , 11 a, 11 b
1 1c, 1 1 d Funktionseinrichtung
12 Verbraucher 13 erstes Tragelement
13a zweites Tragelement
14, 14a,
14b Funktionselement
15, 15a Batteriepol P+ oder P- 16 Schichtverbund
17, 17a Schaltelement
18, 18a Ausnehmung eines ersten Tragelements
19, 19a Schaltungsträger zweites Gehäuseteil

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie (1 ), gekennzeichnet durch die Schritte
51 Bereitstellen einer gebrauchten oder zu entsorgenden
Sekundärbatterie (2), welche wenigstens eine gebrauchte
Sekundärzelle (3, 3a) aufweist, welche vorzugsweise einen
Datenspeicher (4) mit Betriebsdaten aufweist,
52 Entnehmen wenigstens einer der gebrauchten Sekundärzellen (3, 3a) aus der gebrauchten Sekundärbatterie (2),
53 Erfassen wenigstens eines physikalischen Parameters,
insbesondere der Klemmenspannung, des Innenwiderstands und/oder der Zelladekapazität, zu der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a), wobei dieser physikalische Parameter einen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit dieser gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a) ermöglicht, und/oder
Lesen von Betriebsdaten betreffend die gebrauchte Sekundärzelle (3, 3a), insbesondere aus der gebrauchten Sekundärbatterie (2), wobei die Betriebsdaten einen Rückschluss auf die
Funktionsfähigkeit der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a) ermöglichen,
insbesondere zur Erfassung des Alterungszustands der
gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a), 4 Klassifizieren der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a), insbesondere abhängig von dem physikalischen Parameter und/oder abhängig von den Betriebsdaten, insbesondere abhängig von der Zelladekapazität der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a), insbesondere abhängig vom Alterungszustand der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a),
55 Instandsetzen der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a), insbesondere Ersetzen der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a), wenn der physikalischen Parameter und/oder die Betriebsdaten auf eine unzureichende Funktionsfähigkeit der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a) schließen lässt,
56 Einsetzen der, insbesondere instandgesetzten, gebrauchten
Sekundärzelle (3, 3a) in einen Aufnahmeraum (6) der
herzustellenden Sekundärbatterie (1), insbesondere elektrisches Verbinden der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a) mit einer
Verschaltungseinrichtung (7) der herzustellenden Sekundärbatterie (1 ), insbesondere Verschalten der gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a) mit einer anderen dieser Sekundärzellen (3, 3a),
57 Übermitteln einer Betriebsvorschrift, insbesondere betreffend die gebrauchte Sekundärzelle (3, 3a), an eine Batteriesteuereinrichtung (8) der herzustellenden Sekundärbatterie (1 ), wobei die
Betriebsvorschrift abhängig von dem physikalischen Parameter und/oder abhängig von den Betriebsdaten gewählt ist.
Gehäusebaugruppe (9) für die, insbesondere mit den Verfahren gemäß Anspruch 1 , herzustellende Sekundärbatterie (1 ), mit
• einem dieser Aufnahmeräume (6), welcher ausgestaltet ist, die
wenigstens eine, insbesondere gebrauchte, Sekundärzelle (3, 3a) aufzunehmen, • einer Wandung (10), welche ausgestaltet ist, den Aufnahmeraum (6), insbesondere gegenüber der Umgebung, zu begrenzen, insbesondere abzuschirmen, wobei die Wandung (10) wenigstens aufweist:
• eine Funktionseinrichtung (1 1 , 1 1a), welche ausgestaltet ist, die
Abgabe von Energie aus der wenigstens einen, insbesondere gebrauchten, Sekundärzelle (3, 3a), insbesondere an einen
Verbraucher (12), zu ermöglichen, welche zur, insbesondere elektrischen, Wirkverbindung mit der wenigstens einen, insbesondere gebrauchten, Sekundärzelle (3, 3a) ausgestaltet ist,
• ein erstes Tragelement (13), welches ausgestaltet ist, die wenigstens eine Funktionseinrichtung (11 , 11 a) abzustützen, wobei das erste Tragelement (13) mit einem, insbesondere wenigstens bereichsweise faserdurchsetzten, Polymermaterial ausgebildet ist.
Gehäusebaugruppe (9) gemäß Anspruch 2, wobei
• die wenigstens eine Funktionseinrichtung (1 1 , 11 a) wenigstens ein Funktionselement (14) aufweist, welches mit der wenigstens einen, insbesondere gebrauchten, Sekundärzelle (3, 3a), insbesondere elektrisch, verbindbar ist, und/oder
• vorzugsweise das wenigstens eine Funktionselement (14) ausgebildet ist als Batteriepol (15, 15a), Messfühler, Batteriesteuereinrichtung (8), Schaltelement, Verschaltungseinrichtung (7), Fluiddurchlass,
Stelleinrichtung, Datenspeichereinrichtung oder
Kommunikationseinrichtung, und/oder • besonders bevorzugt die wenigstens eine Funktionseinrichtung (1 1 , 11a) zwei dieser Batteriepole (15, 15a) mit unterschiedlicher Polarität (P+, P-), die Batteriesteuereinrichtung (8) und die
Verschaltungseinrichtung (7) aufweist.
Gehäusebaugruppe (9) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei
• die Wandung (10), vorzugsweise die wenigstens eine
Funktionseinrichtung (11 , 11 a), bereichsweise einen aktivierbaren Füllstoff aufweist,
• vorzugsweise der aktivierbare Füllstoff zur Ausbildung von
Hohlräumen ausgestaltet ist, insbesondere bei Zufuhr einer
Aktivierungsenergie oder ausgelöst durch eines der
Funktionselemente (14),
• vorzugsweise der aktivierbare Füllstoff zur Abdichtung der Wandung (10) ausgestaltet ist, insbesondere bei Eindringen eines
unabhängigen Fremdkörpers in die Wandung (10).
Sekundärbatterie (1), insbesondere hergestellt mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 , mit einer der Gehäusebaugruppen (9) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, mit wenigstens einer oder mehreren dieser, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen (3, 3a), wobei vorzugsweise
• die Sekundärbatterie (1 ) eine Batterieladekapazität Cb [Ah] aufweist,
• jede der, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen (3, 3a) eine Zelladekapazität Ca [Ah] aufweist, • ein vorbestimmtes Verhältnis q aus der Batterieladekapazität geteilt durch die, insbesondere summierten, Zelladekapazitäten der, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen (3, 3a) geringer als 1 ist.
Sekundärbatterie (1) gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch
• einen ersten Versorgungszustand, in welchem sämtliche der,
insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen (3, 3a) wenigstens mittelbar, insbesondere durch die Verschaltungseinrichtung (7), mit zwei der Batteriepole (15, 15a) unterschiedlicher Polarität (Ρ+, P-) elektrisch verbunden sind,
• einen zweiten Versorgungszustand, in welchem wenigstens eine
dieser Sekundärzellen nicht mit den Batteriepolen (3, 3a)
unterschiedlicher Polarität (Ρ+, P-) elektrisch verbunden ist, wobei die Sekundärbatterie (1 ) umkehrbar aus dem ersten
Versorgungszustand in den zweiten Versorgungszustand überführbar ist, insbesondere abhängig von wenigstens einem dieser physikalischen Parameter betreffend eine dieser, insbesondere gebrauchten,
Sekundärzellen (3, 3a).
Verfahren zum Herstellen der Gehäusebaugruppe (9) der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch die Schritte:
58 Erzeugen wenigstens einer dieser Funktionseinrichtungen (11 , 1 1a), insbesondere mit wenigstens einem dieser Funktionselemente (14),
59 Verbinden, insbesondere stoffschlüssig, des ersten Tragelements (13) mit der Funktionseinrichtung (11 , 1 1 a), worauf ein
Schichtverbund (16) gebildet ist, S10 Umformen des Schichtverbunds (16), insbesondere unter
Wärmeeinfluss, insbesondere zur Ausbildung des Aufnahmeraums (6).
Verfahren zum Betrieb einer Sekundärbatterie (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenigstens zwei der, insbesondere
gebrauchten, Sekundärzellen (3, 3a) durch die Verschaltungseinnchtung (7) wenigstens zeitweise mit zwei der Batteriepole (15, 15a)
unterschiedlicher Polarität (Ρ+, P-) elektrisch verbunden sind, wobei die Sekundärbatterie (1 ) oder die Verschaltungseinnchtung (7) wenigstens eines der Schaltelemente (17) aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte
S13 Laden wenigstens einer der Sekundärzellen mit einem verringerten Ladestrom im Bereich von etwa 0,03 C oder 0,15 C bis 0,3 C, vorzugsweise mit einem Ladestrom im Bereich 100 bis 850 mA, wenigstens zeitweise, vorzugsweise während eines Zeitraums von 15 bis 60s, vorzugsweise durch Betätigen eines der
Schaltelemente, besonders bevorzugt durch wiederholtes Betätigen des Schaltelements.
Verwendung einer, vorzugsweise gemäß Schritt S4 klassifizierten, gebrauchten Sekundärzelle (3, 3a) zum Herstellen einer
Sekundärbatterie (1), wobei vorzugsweise die Sekundärbatterie (1 ) gemäß Anspruch 5 ausgebildet wird, wobei vorzugsweise die
Sekundärbatterie (1 ) mit einer Gehäusebaugruppe (9) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4 ausgebildet wird.
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