使负载中的电池、尤其是锂离子电池运行的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于使负载中的电池、尤其是锂离子电池运行(Betreiben)的方法和设备。
【背景技术】
[0002]可再充电的电池、尤其是锂离子电池在多个产品中被用作蓄能器。目前可用的锂离子电池在安全技术上看来是关键的。在事故情况下，电池可能燃烧，发出有毒的气体和灰尘并且甚至爆炸。在锂离子电池的情况下的热烧穿主要是由有机电解质(常常是有机碳酸盐、诸如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)等等)在高温情况下的加速氧化引起的。在这种情况下决定性的是放热的自加速，所述放热的自加速贯穿电池直到最终的燃烧和与之相关的热失控(Dur chgehen )。该燃烧最后由金属氧化的阴极材料的氧释放(Sauerstofffreisetzung)来触发，所述金属氧化的阴极材料利用电解质的有机物产生可燃烧的混合物。对于这种不稳定性来说主要公知LiCo02和LiNi〇2。
[0003]借助于更稳定的阴极材料(诸如所谓的NCM或匪C(N1-Co-Mn基))，可以将氧释放推移到更高的温度，并且因此减少燃烧的危险。除了混合氧化物NCM以外也采用所谓的NCA(N1-Co-Al基)。在阴极侧基于NCA的电池常常被用于高功率应用(诸如电动自行车(E-Bike))。然而，基于NCA电池相比于其它的基于氧化的阴极材料的电池表现得安全性更关键(sicherheitskritischer)。主要的原因是由高的镍含量引起的，所述高的镍含量作为NCA表示相对来说不稳定的结构并且可以在升高的温度的情况下释放氧。该氧剧烈地与有机电解质起反应并且导致热烧穿(所谓的“热失控(thermal runaway)”)，这又可以导致燃烧或者爆炸。
[0004]为了避免这一点，存在对这种电池的安全的运行管理(Betriebsfuehrung)的需求。
【发明内容】
[0005]按照本发明的用于使负载中的电池、尤其是锂离子电池运行(Betre i ben )的方法包括:确定描述了电池或者负载的状态的至少一个运行参数;将所述至少一个所确定的运行参数分别与一个参考值相比较，以便识别出是否存在预先限定的状态;和如果已经识别出存在预先限定的状态，那么使电池放电，直到电池的充电状态在电池的所给出的临界充电状态之下，其中在使电池放电的情况下通过电池的放电电流来给蓄能器充电。
[0006]按照本发明的用于使负载中的电池、尤其是锂离子电池运行的设备包括:确定单元，所述确定单元被设立为确定描述了电池或者负载的状态的至少一个运行参数;分析单元，所述分析单元被设立为将所述至少一个运行参数分别与一个参考值相比较，以便识别出是否存在预先限定的状态;和放电单元，所述放电单元被设立为如果已经识别出存在这种预先限定的状态那么使电池放电，直到电池的充电状态在电池的所给出的临界充电状态之下，其中在使电池放电的情况下通过电池的放电电流来给蓄能器充电。由此，阻止了电池的热失控，因为电池被带到安全的充电状态下，在所述安全的充电状态下，如果清楚的是电池是在其中不需要电池的全功率的预先限定的状态下，那么热失控是不可能的。因此改善了电池的安全性。
[0007]从属权利要求表明了本发明的优选的扩展方案。
[0008]在此有利的是，蓄能器是附加的电池。该附加的电池尤其是具有比运行的电池更小的蓄能容量。因此，存储器损耗可以被最小化。此外，因此还必须只花费最小的附加重量，用于能量的存储，这尤其是在电池的移动应用中是有利的。
[0009]此外，还有利的是:蓄能器是附加的负载，所述附加的负载被设立为存储用于附加的负载的运行的能量。这种附加的负载常常在负载的环境下已经可供支配，并且按照本发明可以被内连(einbinden)，经此又可以实现成本优点。此外，还可以以这种方式在同时赢得安全性的情况下实现附加的负载的运行持续时间。
[0010]尤其是，负载是车辆，运行参数中的一个是车辆的速度并且如果不存在车辆的运动，那么存在预先限定的状态。经此被保证的是，电池的全功率在车辆的行驶运行期间可提供使用(bereitstehen)。
[0011]此外，还有利的是:负载是车辆，运行参数中的一个是如下传感器信号:所述传感器信号说明了:车辆的站立支架(stehhilfe)是否是未翻转的(ausgeklappt)，并且如果车辆的站立支架是未翻转的，那么存在预先限定的状态。经此被保证的是，电池的全功率在车辆的行驶运行期间可提供使用。在此，最简单的传感器装置(例如开关)可以被用于确定运行参数并且由此可以不仅实现成本优点而且实现重量优点。
[0012]同样有利的是:运行参数中的一个是电池的温度，并且如果电池的温度在预先给定的温度阈值之上，那么存在预先限定的状态。经此可以识别出电池的具有高可靠性的临界状态。电池的所给出的临界充电状态尤其是在电池的满充电状态的80 %到90 %之间。这是有利的，因为电池的热失控特别是很大可能在该充电状态之上。同时，电池不是不必要被放电太多并且提供了在最大安全性的情况下的最大能量。
[0013]有利的是，如果不再存在所限定的状态，那么在蓄能器中所存储的能量被用于给电池充电。因此保证了，安全性在最小能量损耗的情况下被升高并且电池的整个的被存储的能量对于负载可提供使用。
[0014]同样有利的是，只有当电池和/或负载的运行参数中的至少一个存在超过预先给定的时间间隔时，预先限定的状态才被确定为存在的。由此，如果状态只是短时地或者偶然地出现，那么通过电池的不必要的放电和冲电引起的损耗被减少。
【附图说明】
[0015]接下来，本发明的实施例参考附图详细地被描述。在附图中:
图1是示出了对具有电解质的NCA(N1-Co-Al)的DDK测量的结果的曲线图，
图2是在第一优选的按照本发明的实施形式中的用于使负载中的电池运行的方法的流程图，
图3是在第二优选的按照本发明的实施形式中的用于使负载中的电池运行的方法的流程图，和图4是具有用于使电池运行的设备的电动自行车的电部件的示意图。
【具体实施方式】
[0016]图1是示出了对电池中的具有适当的电解质的NCA阴极(N1-Co-Al基)的DDK测量的结果、即差动量热法的曲线图。
[0017]被称为NCA的阴极材料是针对Li[N1.sCo0.15A1Q.Q5 ]02的简称。该阴极材料由于其微小的热稳定性被视为不安全的阴极材料。基于NCA的电池具有相对来说差的安全特性。由于热的、电的和机械的载荷，在电池中可发生温度上升。该温度上升通过不同的放热反应引起。此外，阴极材料的释放氧的放热分解属于所述放热反应。氧在升高的温度的情况下可以与电解质的有机物一起燃烧。在最糟糕的情况下发生所谓的热烧穿。借助于差动量热法(DKK)可以研究这种放热的电池单元成分反应(Zellkomponentenreakt1nen)。
[0018]在图1中可看到一系列实验的结果，在所述一系列实验中已经借助于DKK分析法研究了针对锂离子电池的在商业电解质(在EC/DMC中的1M的LiPF6，l:lW/W)在场时的被充电的NCA。在此，阴极材料的充电状态已经变化了。对此，完整的商业电池借助于充电系统被带到不同的充电状态上。该阴极材料已经通过在保护气体气氛下打开电池被得到。根据图1(右上方)可得知的是，对于不同的被研究的充电状态(S0C)来说，相对地被释放的能量只是不大显著地改变。然而，所释放的能量相比于其它的在商业上被采用的阴极材料(例如LiCo02)很高。
[0019]测量已经针对电池的不同的充电状态(S0C—充电状态(State of Charge))被执行。这样，通过实线所示出的第一曲线A表明NCA的在电池的为最大可能的充电状态的40%(S0C 40 % )的充电状态下的特性。通过虚线所示出的第二曲线B表明NCA的在电池的为最大可能的充电状态的80 % (S0C 80