Energiespeicher, Anordnung umfassend den Energiespeicher und Verfahren zum Ermitteln eines Funktionszustands eines Energiespeichers

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Energiespeicher, insbesondere eine Lithium-basierte Batterie, deren Funktionszustand auf besonders einfache und exakte Weise ermittelbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anordnung umfassend den Energiespeicher sowie ein Verfahren zum Ermitteln eines Funktionszustands, wie insbesondere eines Alterungszustands, eines Energiespeichers.

Stand der Technik

Energiespeicher, wie insbesondere Lithium-basierte Batterien, sind heutzutage weit verbreitet und in vielen Anwendungsgebieten, wie beispielsweise mobilen oder stationären Anwendungsgebieten, einsetzbar. Bezüglich Ihrer Verwendung ist es vorteilhaft, in definierten Abständen den Alterungszustand ermitteln zu können. Der Alterungszustand wird dabei auch als State of health (SOH) bezeichnet. Dadurch können insbesondere Informationen bezüglich der weiteren Lebensdauer des Energiespeichers erhalten werden.

Bei heutzutage verbreiteten Energiespeichern, wie insbesondere Lithiumbasierten Batterien, beispielsweise Lithium-Batterien und Lithium-Ionen- Batterien, kann auf den Alterungszustand insbesondere durch eine Ermittlung der Kapazität beziehungsweise durch eine Ermittlung der Kapazitätsabnahme geschlossen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ermittlung des Innenwiderstands beziehungsweise einer Zunahme des Innenwiderstands. Diese Größen sind im Allgemeinen relativ leicht zu ermitteln. Sie erlauben in gewissen Grenzen Prognosen über die noch zu erwartende Lebensdauer des Energiespeichers, über die Zuverlässigkeit des Energiespeichers in naher Zukunft oder auch über Informationen bezüglich eines möglicherweise bevorstehenden Ausfalls des Energiespeichers.

Offenbarung der Erfindung

Gegenstand der Vorliegenden Erfindung ist ein Energiespeicher, insbesondere ein Lithium-basierter Energiespeicher, umfassend wenigstens eine Zelle mit einer Anode, einer Kathode und einem zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Elektrolyten, wobei wenigstens eine Zelle einen Auslass zum Austragen von Funktionsmaterial aus der Zelle in eine Analyseeinheit aufweist, und wobei der Auslass mit der Analyseeinheit fluiddicht verbindbar ist.

Ein Energiespeicher kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung

insbesondere ein elektrochemisches Bauteil sein, welches Energie, wie insbesondere elektrische Energie, speichern und in gewünschter Weise abgeben kann. Insbesondere kann ein Energiespeicher eine Batterie beziehungsweise ein Akkumulator sein. Beispielsweise kann der Energiespeicher ein Lithium-basierter Energiespeicher sein. Von einem Lithium-basierten Energiespeicher sind dabei etwa Lithium-Batterien wie auch Lithium-Ionen-Batterien umfasst. Dabei können Lithium-Batterien in Abgrenzung zu Lithium-Ionen-Batterien üblicherweise eine Anode aus metallischem Lithium oder einer metallischen Lithium-Legierung umfassen. Lithium-Ionen-Batterien dagegen können insbesondere eine Anode, wie etwa aus Graphit, umfassen, in die Lithiumionen interkaliert werden können. Als konkretes Beispiel für eine Lithium-Ionen-Batterie sei hier in nicht

beschränkender weise eine Lithium-Schwefel-Batterie genannt.

Der Energiespeicher umfasst dabei wenigstens eine Zelle mit einer Anode, einer Kathode und einem zwischen der Anode und der Kathode angeordneten

Elektrolyten. Dabei kann der Energiespeicher nur eine Zelle umfassen, oder aber eine Mehrzahl an parallel und/oder oder seriell verschalteten Zellen aufweisen. Jede Zelle weist einen an sich bekannten grundsätzlichen Aufbau aus Anode, Kathode und dazwischen angeordnetem Elektrolyten auf. Je nachdem, ob beispielsweise eine Lithium-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie

Verwendung finden soll, kann die Anode etwa metallisches Lithium oder eine Lithiumlegierung oder Graphit aufweisen. Mögliche Kathodenmaterialien umfassen Lithium-interkalierende Metalloxide oder etwa schwefel-und

kohlenstoffhaltige Kathoden beziehungsweise Materialien. Als Elektrolyt können beispielsweise Carbonate, wie etwa Ethylencarbonat (EC) oder Dimethylcarbonat (DMC), Dioxolan, Dimethylether oder Tri- bzw. Tetramethylenglykoldimethylether dienen, wobei vorbeschriebene Materialien nicht einschränkend zu verstehen sind.

Weiterhin kann wenigstens eine Zelle einen Auslass zum Austragen von

Funktionsmaterial aus der Zelle in eine Analyseeinheit aufweisen. Das kann im

Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass der Auslass mit dem Inneren der Zelle fluidisch verbunden ist. Dazu kann der Auslass

beispielsweise in einem die Zelle umgebenden Gehäuse angeordnet sein. Der Auslass kann dabei beispielsweise eine geeignete Öffnung sein, die

vorzugsweise verschließbar sein kann. Ferner kann beispielsweise für den Fall, dass der Energiespeicher eine Mehrzahl an Zellen aufweist, der Auslass der Zelle beziehungsweise der Zellen mit einem an einem Gehäuse des Gesamt- Energiespeichers angeordneten Anschluss verbunden sein. Eine fluidische Verbindung des Auslasses mit der Zelle beziehungsweise mit dessen Inneren kann beispielsweise über ein Verbindungsmittel realisiert werden, das von einer geeigneten Position im Inneren der Zelle zu dem Auslass führt, um in geeigneter Weise Funktionsmaterial aus dem Inneren der Zelle austragen zu können.

Der Auslass kann somit insbesondere dazu dienen, Funktionsmaterial, insbesondere zu einer definierten Zeit und in einer definierten Menge, aus der

Zelle in eine Analyseeinheit auszutragen. Dazu kann der Auslass insbesondere mit der Analyseeinheit fluiddicht verbindbar sein. Um eine derartige fluiddichte Verbindung zu realisieren, kann der Auslass beispielsweise mit einem Anschluss des Energiespeichers fluidisch verbunden sein oder etwa selbst einen Anschluss aufweisen, der etwa über ein Verbindungsmittel, wie etwa eine

Verbindungskapillare, einem Schlauch oder Ähnlichem fluiddicht mit der

Analyseeinheit verbunden sein kann. Der Anschluss kann dabei beispielsweise ein Schraubgewinde umfassen oder als solches ausgebildet sein. Fluiddicht kann dabei im Sinne der Erfindung insbesondere bedeuten, dass eine

Verbindung vorliegt, die ein Fluid, wie insbesondere ein Gas oder eine Flüssigkeit, ohne die Gefahr eines unerwünschten Austretens des Fluids führen kann beziehungsweise ohne die Gefahr, dass unerwünscht Fluid in die

Verbindung eintreten kann. Somit ist zum einen sichergestellt, dass

Funktionsmaterial nicht ungewollt austritt und so verloren geht. Ferner kann auch bei einer hergestellten Verbindung zwischen Energiespeicher beziehungsweise

Zelle und Analyseeinheit ein hermetischer Verschluss der Zelle ohne den Eintritt beispielsweise von Umgebungsluft sichergestellt werden.

Durch eine fluiddichte Verbindung zwischen Auslass und Analyseeinheit kann das Funktionsmaterial in die Analyseeinheit überführt und dort insbesondere qualitativ und/oder quantitativ analysiert werden. Dazu kann der Auslass beispielsweise mit einer Entnahmevorrichtung, wie etwa einer Pumpe, verbindbar beziehungsweise verbunden sein.

Funktionsmaterial kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere jegliche Verbindung oder Substanz sein, welche bei dem Betreib eines

Energiespeichers im Inneren der Zelle vorhanden ist oder gebildet werden kann. Beispielsweise kann Funktionsmaterial dabei das Anodenmaterial,

Kathodenmaterial und/oder Elektrolytmaterial umfassen. Weiterhin kann das Funktionsmaterial Abbauprodukte oder Zersetzungsprodukte des

Anodenmaterials, Kathodenmaterials und/oder Elektrolytmaterials umfassen. Als weiteres nicht beschränkendes Beispiel kann das Funktionsmaterial

Reaktionsprodukte des Anodenmaterials, Kathodenmaterials und/oder

Elektrolytmaterials umfassen. Dabei sind sowohl gewollte Reaktionsprodukte umfasst, also etwa solche, die beispielsweise im Rahmen der bei einem Ladeoder Entladevorgang des Energiespeichers ablaufenden elektrochemischen Prozesse gebildet werden, als auch solche, die beispielsweise unerwünscht, etwa durch eine Reaktion des Anodenmaterials, Kathodenmaterials und/oder Elektrolytmaterials, beispielsweise untereinander, erzeugt werden können. Der Begriff Funktionsmaterial kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ferner nur eine Verbindung oder Substanz wie oben genannt umfassen, oder aber eine beliebige Mischung aus verschiedenen Verbindungen oder Substanzen.

Ein erfindungsgemäßer Energiespeicher erlaubt auf einfache Weise die

Bestimmung eines Funktionszustands, wie insbesondere eines

Alterungszustands, durch sensorische Detektion etwa von Abbau und/oder Zerfallsprodukten. Diese können beispielsweise aus dem üblicherweise flüssigen, aprotischen oder auch polymeren Elektrolyten stammen, oder auch von dem Anoden- oder Kathodenmaterial beziehungsweise von

Reaktionsprodukten letzterer stammen. Derartiges Funktionsmaterial kann erfindungsgemäß auf einfache Weise aus der Zelle ausgetragen, in eine

Analyseeinheit eingetragen und im Folgenden analysiert werden. Durch eine derartige Analyse wird eine schnelle, sichere und zuverlässige Bestimmung etwa des Alterungszustands eines Energiespeichers ermöglicht. Ein derartiger Energiespeicher kann dabei auf leichte Weise in bestehende Batteriesysteme, wie beispielsweise Batteriezustandserkennungssysteme beziehungsweise Systeme umfassend Steuergeräte, Elektromotor und Generator implementiert werden.

Somit wird es durch den erfindungsgemäßen Energiespeicher beispielsweise möglich, Unsicherheiten mit Bezug auf die Lebensdauer des Energiespeichers und damit verbundenen Prognosen zu reduzieren oder vollständig zu verhindern. Dadurch kann die Anwendbarkeit von erfindungsgemäßen Energiespeichern in zahlreichen Anwendungsgebieten verbessert werden. Insbesondere bei

Anwendungen, die hohe Anforderungen an die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Energiespeichern stellen, wie beispielsweise teilweise oder vollständig elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, ist es möglich, sehr genaue Prognosen bezüglich der weiteren Lebensdauer des Energiespeichers zu ermöglichen. Dabei ist eine Ermittlung eines Funktionszustands, wie etwa des

Alterungszustands, des Energiespeichers unabhängig von der Zellgeometrie, also beispielsweise, ob die Zelle eine zylindrische oder prismatisch Form einnimmt, oder eine sogenannte Pouchzelle bildet, möglich.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann der Energiespeicher eine Mehrzahl an Zellen aufweisen, von denen wenigstens zwei Zellen einen Auslass aufweisen. In dieser Ausgestaltung bildet der Energiespeicher somit ein Modul oder einen Stapel aus einer Mehrzahl an Zellen aus. In dieser Ausgestaltung ist es dabei vorteilhaft, dass nicht nur eine, sondern eine Mehrzahl an Zellen, wie

insbesondere wenigstens zwei Zellen, einen Auslass aufweisen. Somit kann Funktionsmaterial aus einer Mehrzahl an Zellen definiert austragbar sein.

Dadurch wird es ermöglicht, dass nicht nur eine Zelle auf ihren Funktionszustand untersucht werden kann, sondern eine entsprechende Messung mit einer Mehrzahl an Zellen möglich wird. So kann ausgeschlossen werden, dass beispielsweise eine Zelle einen Defekt aufweist, und dieser dann

fälschlicherweise für alle Zellen angenommen wird, womit ein unnötiger und vorzeitiger Austausch von beispielsweise Elektrolytmaterial oder der ganzen Zelle verhindert werden kann, was entsprechende nicht notwendige Kosten vermeiden kann. Darüber hinaus kann durch eine Messung einer Mehrzahl an Zellen ein Mittelwert beispielsweise des Alterungszustands über alle Zellen gebildet werden, so dass ein Service für alle Zellen gleichermaßen sinnvoll ist. Alterungsspitzen einzelner Zellen können so detektiert und entsprechend eingeschätzt werden. Dabei ist es jedoch nicht notwendig, sämtliche Zellen zu untersuchen beziehungsweise sämtliche Zellen mit einem Auslass auszustatten. Es reicht aus, wenn lediglich einige wenige Zellen mit einem Auslass

ausgestattet sind. Beispielsweise kann bei dem vorliegen mehrerer Zellstränge jeweils eine Zelle jedes Strangs einen Auslass umfassen. Darüber hinaus kann eine statistisch verteilte Anzahl an Zellen mit einem Auslass ausgestattet sein.

So kann beispielsweise jede fünfte bis jede hunderte Zelle einen Auslass aufweisen. Insgesamt können beispielsweise > 0,5 % bis < 20 % der in einem Energiespeicher vorhandenen Zellen mit einem Auslass ausgestattet sein.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht ausgeschlossen, dass sämtliche vorhandenen Zellen einen entsprechenden

Auslass aufweisen und somit analysierbar sind.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann ein Mehrwegeventil vorgesehen sein, das mit wenigstens einem Auslass fluidisch verbunden sein kann.

Beispielsweise kann das Mehrwegeventil in einem Anschluss des Gesamt-

Energiespeichers angeordnet sein. Dadurch kann selektiv gesteuert werden, welche Zelle auf ihren Funktionszustand analysiert werden soll. Somit kann ferner für den Zeitraum, in dem kein Funktionsmaterial aus der Zelle oder den Zellen ausgetragen werden soll, die Verbindung zu den Zellen verschlossen werden, wodurch die Zellen während des normalen Betriebsverlaufs weiterhin ein abgeschlossenes System ausbilden können auch dann, wenn der Auslass der Zelle nicht unmittelbar verschließbar ist, wobei letzteres jedoch vorteilhaft sein kann. Dadurch kann eine Zelle beziehungsweise ein Auslass der Zelle oder eine Verbindung zwischen Zelle und Auslass im Wesentlichen nur dann geöffnet werden, wenn eine Messung erfolgen soll. Der Betrieb eines Energiespeichers ohne Messung kann so ungestört ablaufen. Dabei kann es insbesondere von Vorteil sein, dass die Zelle oder die Zellen in dem Mehrwegeventil

zusammenlaufen. Ferner können, insbesondere bei der Verwendung eines Mehrwegeventils, alle Zellen in einer beliebigen Reihenfolge und unter

Umständen einzeln vermessen werden. So kann beispielsweise bei bestimmten Zellen eine Messung wiederholt werden, um so etwa fehlerhafte Messungen zu wiederholen oder bestimmte Messwerte zu verifizieren.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Auslass mit einer Kapillare fluidisch verbunden sein, wobei die Kapillare insbesondere einen Durchmesser in einem Bereich von > 0,1 mm bis < 10 mm aufweisen kann.

Durch Kapillaren kann das Funktionsmaterial besonders vorteilhaft, etwa durch das Anlegen eines Vakuums, aus dem Inneren der Zelle ausgetragen werden. Darüber hinaus sind Kapillaren in nahezu jeder gewünschten Form ausbildbar und somit problemlos etwa in das Innere eines Energiespeichers integrierbar. Dabei kann ein Durchmesser von > 0,1 mm bis < 10 mm bereits ausreichen, um eine geeignete Menge an Funktionsmaterial auszutragen, wobei die Kapillaren sehr platzsparend und damit problemlos in einen Energiespeicher integrierbar sind. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Anordnung umfassend einen erfindungsgemäßen Energiespeicher und eine Analyseeinheit, wobei wenigstens eine Zelle und die Analyseeinheit fluiddicht miteinander verbunden sind, wobei Funktionsmaterial aus der Zelle in die Analyseeinheit überführbar ist und wobei das überführte Funktionsmaterial durch die Analyseeinheit qualitativ und/oder quantitativ analysierbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird es auf besonders einfache Weise möglich, einen Funktionszustand des

Energiespeichers zu ermitteln und so beispielsweise Prognosen bezüglich der weiteren Lebensdauer des Energiespeichers zu liefern. Dabei kann die Anordnung beispielsweise im Rahmen von Wartungsarbeiten ausgebildet werden derart, dass etwa ein in einer mobilen Anwendung verwendeter Energiespeicher beziehungsweise wenigstens eine Zelle desselben mit einer zentral, beispielsweise in einer Werkstatt, angeordneten Analyseeinheit verbindbar ist beziehungsweise verbunden ist. In dieser Ausgestaltung kann es unter Umständen möglich sein, eine komplexe und beispielsweise

kostenintensive Analyseeinheit zu verwenden, da diese für eine Vielzahl von Energiespeichern verwendbar ist und nicht für jeden Energiespeicher vorgesehen sein muss. Selbst hohe Kosten einer Analyseeinheit sind so problemlos tolerierbar. Dadurch kann eine besonders sichere und verlässliche Analyse des Funktionsmaterials sichergestellt werden.

Ferner kann die Anordnung als solche beispielsweise an dem Ort der

Verwendung des Energiespeichers als Einheit ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Anordnung in ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder in andere mobile Anwendungen vollständig integriert sein, um so im Wesentlichen zu jeder gewünschten Zeit ein Ermitteln eines Funktionszustands des Energiespeichers zu ermöglichen. In dieser Ausgestaltung kann insbesondere das Verwenden von kostengünstigen Analyseeinheiten, wie etwa geeigneten Sensoren vorteilhaft sein, um eine Ausrüstung etwa eines Fahrzeugs wirtschaftlich besonders geeignet zu machen. Geeignet als Sensoren wären hier beispielsweise elektrochemische Sensoren insbesondere zur Bestimmung von Methanol, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, beziehungsweise allgemein Kohlenwasserstoffen und grundsätzlich von Funktionsmaterial. Diese kostengünstigen

Analyseeinheiten können dann beispielsweise komplexe Analyseeinheiten im Rahmen eines normalen Services unterstützen. Jedoch kann auch eine vollständige und alleinige on-board-Analyse mit der in einer mobilen Anwendung integrierten Anordnung möglich sein.

Folglich ist durch eine erfindungsgemäße Anordnung ein Funktionszustand wie insbesondere der Alterungszustand sowohl im Betrieb einer Zelle durch sensorische Messung im Inneren möglich, wie auch außerhalb des Betriebs im Zuge von Wartungsarbeiten durch sensorische Messung von außen.

Bezüglich weiterer Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung wird hiermit explizit auf die Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen

Energiespeichers verwiesen.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Analyseeinheit eine

chromatographische oder spektroskopische Einheit umfassen. Durch derartige Analyseeinheiten sind besonders genaue und verlässliche quantitative und qualitative Analysen des Funktionsmaterials möglich. Dadurch kann auch beispielsweise der Alterungszustand besonders verlässlich bestimmt werden. Beispielhafte Analyseeinheiten umfassen dabei beispielsweise und in nicht beschränkender weise Gaschromatographen (GC) oder Massenspektrometer (MS, GC-MS). Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Zustandserkennungssystem, umfassend eine erfindungsgemäße Anordnung. Insbesondere im Rahmen eines

Zustandserkennungssystems kann die erfindungsgemäße Anordnung besonders vorteilhaft Verwendung finden. Dabei kann praktisch zu jeder Zeit der

Verwendung einer Anordnung beziehungsweise eines Energiespeichers beispielsweise der Alterungszustand des Energiespeichers beziehungsweise der entsprechenden Zellen ermittelt werden. Dabei ist die erfindungsgemäße Anordnung meist problemlos in ein Zustandserkennungssystem integrierbar.

Ein Zustandserkennungssystem kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein System sein, mit dem mindestens ein Funktionszustand eines

Energiespeichers beziehungsweise dessen Zelle oder Zellen insbesondere automatisiert ermittelbar ist. Dazu kann das Zustandserkennungssystem beispielsweise die erfindungsgemäße Anordnung und weiterhin eine

Steuereinheit und eine Auswerteeinheit umfassen, um Daten bezüglich des Funktionszustands insbesondere automatisiert zu erhalten und diese

auszuwerten.

Im Weiteren wird bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen

Zustandserkennungssystems auf die Ausführungen bezüglich des

erfindungsgemäßen Energiespeichers und der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustands eines Energiespeichers mit wenigstens einer Zelle aufweisend eine Anode, eine Kathode und einen zwischen der Anode und der

Kathode angeordneten Elektrolyten, umfassend die Verfahrensschritte:

a) Austragen zumindest eines Teils von Funktionsmaterial aus zumindest einer Zelle durch einen mit einer Analyseeinheit fluiddicht verbundenen Auslass;

b) Einführen des ausgetragenen Funktionsmaterials in eine

Analyseeinheit; und c) qualitatives und/oder quantitatives Analysieren des

Funktionsmaterials.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Funktionszustand eines Energiespeichers, wie insbesondere einer Lithium-basierten Batterie, sicher und verlässlich ermittelt werden. Dabei ist das Verfahren einfach und schnell durchführbar. Ferner ist durch das erfindungsgemäße Verfahren sowohl stationär als auch mobil beispielsweise ein Funktionszustand eines Energiespeichers ermittelbar.

Unter einem Funktionszustand eines Energiespeichers beziehungsweise einer Zelle kann dabei jeglicher Zustand verstanden werden, der sich auf die Funktion der Zelle beziehungsweise des Energiespeichers bezieht und ferner durch eine Analyse des Funktionsmaterials analysierbar ist. Insbesondere kann unter einem Funktionszustand der Alterungszustand des Energiespeichers verstanden werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in einer Ausführungsform über die Art des untersuchten beziehungsweise detektierten Materials auf die Art der Alterung geschlossen werden. So kann beispielsweise ermittelt werden, ob eine Alterung bei der Anode, der Kathode oder dem Elektrolyten stattgefunden hat. Für den Fall, dass beispielsweise nur Material detektiert wird, welches auf eine Alterung des Elektrolyten schließen lässt, kann dieser selektiv erneuert werden, ohne die gesamte Zelle austauschen zu müssen. Folglich ist durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere eine hoch selektive Untersuchung des Energiespeichers bezüglich seines Alterungszustands möglich. Darüber hinaus kann über die Menge des detektierten Materials eine sichere

Einschätzung über den Grad des Alterungszustands ermöglicht werden. Dadurch ist beispielsweise eine genaue Prognose über die weitere Lebensdauer des Energiespeichers möglich, was insbesondere bei einer wiederholten

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in definierten Zeitabständen vorteilhaft sein kann. In diesem Fall kann ein genauer Verlauf der Alterung ermittelt und dabei auf einzelne Komponenten eingegrenzt werden. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren mit einer minimalen Menge an Funktionsmaterial möglich. Beispielsweise reicht es in Abhängigkeit der Zellgröße aus, wenn für eine Durchführung des Verfahrens eine Menge von > 0,1 mL bis < 10 mL an Funktionsmaterial verwendet wird beziehungsweise als Probe aus der Zelle ausgetragen und in die Analyseeinheit eingeführt wird.

Bezüglich weiterer Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird

insbesondere auf die Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen

Energiespeichers und der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das Funktionsmaterial bezüglich

Abbauprodukten, Zersetzungsprodukten und/oder Reaktionsprodukten von Anodenmaterial, Kathodenmaterial und/oder Elektrolytmaterial qualitativ und/oder quantitativ untersucht werden. Insbesondere durch die Untersuchung derartiger Materialien kann der Alterungszustand besonders genau und zuverlässig ermittelt werden. Im Detail werden insbesondere Zersetzungs- und

Abbauprodukte während der Alterung des Energiespeichers erzeugt, was einen sicheren Hinweis auf die Art und den Grad des Alterungszustands des

Energiespeichers erlaubt.

Die im Laufe der Alterung des Energiespeichers auftretenden Abbau- und Zerfallsprodukte etwa als Funktionsmaterial können weitestgehend unabhängig von der Art des verwendeten insbesondere organischen Elektrolytsystems folgende Komponenten sein oder umfassen: Wasserstoff (H ₂ ), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (C0 ₂ ), Methan (CH ₄ ) Ethan (C ₂ H ₆ ), Ethen (C ₂ H ₄ ). Weiterhin können insbesondere in geringeren Konzentrationen auch folgende gasförmige Substanzen als Funktionsmaterial vorkommen: Propan (C ₃ H ₈ ), Propen oder Cyclopropan (C ₃ H ₆ ), Butan oder Isobutan (C ₄ H ₁₀ ), Hydrogenfluorid (HF),

Lithiumfluorid (LiF), Lithiumphosphat (LiH ₂ P0 ₄ ), Phosporpentoxid (P ₂ 0 ₅ ), Lithium- Alkoholate, Lithiumcarbonat (Li ₂ C0 ₃ ), Lithiumhydroxid (LiOH). Insbesondere bei Lithium-Schwefel-Batterien können ferner folgende Komponenten in größerem Maße vorkommen: Schwefelwasserstoff (H ₂ S), Schwefeldioxid (S0 ₂ ),

Schwefeltrioxid (S0 ₃ ), Lithiumhydrogensulfid (LiHS), wobei folgende

Komponenten insbesondere in kleineren Konzentrationen vorkommen können: Kohlenstoff-Schwefel-Verbindungen (C _x S _y ), Lithiumsulfit (Li ₂ S0 ₃ ), Lithiumsulfat (Li ₂ S0 ₄ ), Lithiumthiosulfat (Li ₂ S ₂ 0 ₃ ) oder Lithium-Persulfat (Li ₂ S ₂ 0 ₈ ). Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann während und/oder nach einem Austragen von Funktionsmaterial aus der Zelle Funktionsmaterial in die Zelle eingeführt werden. Dadurch kann die Menge an in der Zelle enthaltenem

Funktionsmaterial konstant gehalten werden, so dass selbst bei einem

wiederholten Austrag von für einen Lade- oder Entladevorgang benötigtem

Funktionsmaterial kein Abfall der Kapazität zu befürchten ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der

nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die

Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Anordnung.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Energiespeicher 10 gezeigt. Der

Energiespeicher 10 kann beispielsweise ein Lithium-basierter Energiespeicher wie etwa eine Lithium-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Darüber hinaus sind in nicht beschränkender Weise Natrium-basierte oder Nickel-basierte

Energiespeicher, wie etwa NiCd- oder NiMH-Energiespeicher im Rahmen der Erfindung möglich. Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Energiespeichers 10 ist möglich in allen Arten von mobilen und stationären Anwendungen. Nicht beschränkende Beispiele umfassen dabei Elektrowerkzeuge, Gartengeräte, Computer, Elektrofahrzeuge, Hybrid- und Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge. Der erfindungsgemäße Energiespeicher 10 ist insbesondere dort von Vorteil, wo ein Funktionszustand, wie beispielsweise der Alterungszustand, von besonderem Interesse ist, also insbesondere bei derartigen Anwendungen, wo eine Mehrzal an Zellen beziehungsweise Batterien für eine lange Lebensdauer erwünscht sind.

Der erfindungsgemäße Energiespeicher 10 umfasst wenigstens eine Zelle 12. Gemäß Figur 1 umfasst der Energiespeicher eine Mehrzahl an Zellen 12.

Insbesondere jede der Zellen 12 weist eine Anode 14, einer Kathode 16 und einen zwischen der Anode 14 und der Kathode 16 angeordneten Elektrolyten 18 auf. Dabei weist wenigstens eine Zelle 12 einen Auslass 20 auf. Dieser Auslass

20 dient insbesondere zum Austragen von Funktionsmaterial aus der Zelle 12 in eine Analyseeinheit 22, wie beispielsweise eine chromatographische oder spektroskopische Einheit. In Figur 1 ist dabei erkennbar, dass der Auslass 20 mit der Analyseeinheit 22 fluiddicht verbunden ist.

Zusammen mit der Analyseeinheit 22 bildet der Energiespeicher 10 eine erfindungsgemäße Anordnung 24, die etwa Teil eines

Zustandserkennungssystems sein kann.

Figur 1 zeigt weiterhin, dass der Energiespeicher 10 eine Mehrzahl an Zellen 12 aufweist, von denen wenigstens zwei, gemäß Figur 1 drei Zellen 12, einen entsprechenden Auslass 20 aufweisen. Dabei ist wenigstens ein Auslass 20 beziehungsweise eine Zelle 12, gemäß Figur 1 drei Zellen 12, mit jeweils einer Kapillare 26 fluidisch verbunden. Dabei kann die Kapillare 26 einen Durchmesser in einem Bereich von > 0,1 mm bis < 10 mm aufweisen. Ferner kann ein Ventil 28, wie insbesondere ein Mehrwegeventil vorgesehen sein, das mit den

Auslässen 20 fluidisch verbunden ist. Insbesondere in diesem Ventil 28 können mit dem jeweiligen Auslass 20 verbundene Verbindungsmittel, wie etwa die Kapillaren 26, zusammenlaufen. In anderen Worten können die Leervolumina der Zellen 12 mittels dünner Kapillaren 26 nach außen zu einem schließenden Ventil 28, wie insbesondere einem Mehrwegeventil geführt werden. Dabei kann ein geeigneter Anschluss, wie etwa ein Schraubgewinde, beispielsweise an dem Auslass 20 und/oder dem Ventil 28 vorgesehen sein.

Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung 24 kann

Funktionsmaterial aus der Zelle 12 oder der Mehrzahl an Zellen 12 in die

Analyseeinheit 22 überführt und durch die Analyseeinheit 22 qualitativ und/oder quantitativ analysiert werden. Das Ventil 28 lässt sich beispielsweise mit der Analyseeinheit 22 verbinden wobei ferner eine Fördervorrichtung, wie etwa eine Vakuumpumpe an das Ventil 28 beziehungsweise an das Innere der Zelle 12 angeschlossen werden kann. Dadurch kann durch Anlegen eines Vakuums Funktionsmaterial, wie insbesondere gasförmige oder flüssige Stoffe, aus dem Inneren der Zelle 12 ausgetragen und in die Analyseeinheit 22 eingeführt werden.

Ein derartiges Verfahren umfasst insbesondere die folgenden Verfahrensschritte: a) Austragen zumindest eines Teils von Funktionsmaterial aus zumindest einer Zelle 12 durch einen mit einer Analyseeinheit 22 fluiddicht verbundenen Auslass 20;

b) Einführen des ausgetragenen Funktionsmaterials in die

Analyseeinheit 22; und

c) qualitatives und/oder quantitatives Analysieren des

Funktionsmaterials.

Die vorbeschriebene insbesondere sensorische Detektion des

Funktionsmaterials ist daher möglich durch die Entnahme von fluiden, also insbesondere gasförmigen oder flüssigen Stoffen aus einer oder einer Mehrzahl an Zellen 12 und einer Zuführung in die Analyseeinheit 22. Insbesondere kann das Funktionsmaterial bezüglich Abbauprodukten, Zersetzungsprodukten und/oder Reaktionsprodukten der Anode, Kathode oder des Elektrolyten qualitativ und/oder quantitativ analysiert werden. Anhand des qualitativen Auftretens bestimmter Produkte kann beispielsweise auf die Art einer

stattgefundenen Alterung geschlossen werden. Die Quantität der detektierten Substanzen kann ferner Aufschluss über den Grad einer Alterung geben. Hieraus lässt sich dann unter Anderem die weitere Lebensdauer des Energiespeichers 10 prognostizieren oder auch der optimale Zeitpunkt bestimmen, wann ein

Bestandteil der Zelle 12, etwa der Elektrolyt 18, ausgetauscht werden sollte, um die Gesamtlebensdauer des Energiespeichers 10 zu verlängern.

Insbesondere in Abhängigkeit der Menge des entnommenen Funktionsmaterials kann während und/oder nach einem Austragen des Funktionsmaterials aus der Zelle 12 Funktionsmaterial, wie beispielsweise Elektrolytmaterial, in die Zelle 12 eingeführt werden. Dies kann insbesondere über das vorbeschriebene

Leitungssystem realisiert werden.