HUFENBACH WERNER (DE)
ZICHNER MARCO (DE)
DIEBALL DETLEF (DE)
DAIMLER AG (DE)
US20100040939A1 | 2010-02-18 | |||
US20120011706A1 | 2012-01-19 | |||
EP1786057A2 | 2007-05-16 | |||
DE102009041070A1 | 2010-07-29 | |||
US20050244704A1 | 2005-11-03 |
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. |
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 C b [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 C a [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(S0 4 )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 NH 2 -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 N 2 oder C0 2 , 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 C a 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 C b [Ah] auf und jede der, insbesondere gebrauchten, Sekundärzellen die Zelladekapazität C a [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 LiMP0 4 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 LiMn 2 0 4 vom Spinell-Typ, ein Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCo0 2 , oder ein Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNi0 2 , 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 = C a * C , wobei C a [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
Next Patent: SCRAP PRE-HEATING AND FEEDING SYSTEM