蓄能系统以及包括该蓄能系统的状态识别系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种蓄能系统（10），该蓄能系统包括至少一个布置在电池区域（12）中的电池元件（14），该电池元件具有阳极（16）、阴极（18）以及布置在所述阳极（16）与所述阴极（18）之间的、尤其至少部分液态的电解系统（20），其中所述阳极（16）、所述阴极（18）和/或所述电解系统（20）如此构造，使得功能材料根据所述电池元件（14）的充电和/或放电过程布置在所述电解系统（20）中，并且其中能够对所述布置在电解系统（20）中的功能材料定性地并且/或者定量地进行检测。通过这种蓄能系统（10）能够特别容易并且精确地检测蓄能器或者说电池（14）的运行状态。此外，本发明涉及一种状态识别系统。
【专利说明】蓄能系统以及包括该蓄能系统的状态识别系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有对运行状态的改进的可检测性或者说具有改进的状态识别功能的蓄能系统。此外，本发明涉及一种包括这种蓄能系统的状态识别系统。
【背景技术】
[0002]例如用于混合动力车或者电动车的蓄能器的状态识别系统或者电池管理系统能够将一系列重要的信息提供给中心的发动机控制系统，用于随时保证对所述蓄能器的最佳的利用并且同时始终保证可靠的功能以及尽可能长的使用寿命。这样的信息例如包括所储存的以及能够储存的能量、最大的充电及放电功率、老化状态(State of Health，S0H)或者也包括功能状态(State of Function, S0F)。能够优选不断地或者说以所定义的间隔来检测这些信息。此外，状态识别系统能够承担串联或者并联的电池中的、各个电池的平衡工作。为此尤其尽可能精确地检测多个电池的充电状态(State of Charge, S0C)这种做法是有用的。
[0003]为了例如检测例如锂离子电池的充电状态，例如知道使用不同的算法。在最简单的情况中，在这里能够通过对所述蓄能器的、流动电流的积分来进行充电平衡。其中能够将物理的特性用于进行充电状态估计。例如能够利用以下事实:电化学的电池的静止电压(Open Circuit Voltage, 0CV)经常能够具有明确的、与所述充电状态的相关性。为了在此能够实现一种不取决于可能的等候时间的、动态的方法，能够找到额外的、用于进行估计的方法。例如当前的充电状态能够通过对电流的积分来确定。在这种情况下，能够在具有所定义的长度的静止间歇之后用所述静止电压的表格进行调准。此外，在这样的方法的扩展方案中，能够在从所述静止电压中确定充电状态这个过程之前布置用于所述电池的模拟模型。这个模型能够用于确定在负荷下偏离所述静止电压的电压偏差，方法是对所述蓄能器的阻抗进行建模。
【发明内容】
[0004]本发明的主题是一种蓄能系统，该蓄能系统包括至少一个布置在电池区域中的电池元件，该电池元件具有阳极、阴极以及布置在所述阳极与所述阴极之间的、尤其至少部分液态的电解系统，其中所述阳极、所述阴极和/或所述电解系统如此构造，使得功能材料根据所述电池元件的充电和/或放电过程布置在所述电解系统中，并且其中所述布置在电解系统中的功能材料能够定性地并且/或者定量地检测。
[0005]蓄能系统在此是一种系统，该系统作为中心的构件尤其具有蓄能器。其中蓄能器在本发明的意义上尤其能够是电化学的构件，该电化学的构件能够储存能量、例如尤其是电能并且能够以所期望的方式输出能量。尤其蓄能器能够是干电池或者蓄电池。优选所述蓄能系统能够包括基于锂的干电池、例如锂离子干电池、例如锂硫干电池。
[0006]所述蓄能系统或者所述蓄能器在此能够包括一个具有阳极、阴极以及布置在其之间的电解系统的电池元件。因此，在本发明的意义上的、电池元件的概念下面，尤其是指所述功能元件，该功能元件包括所述阳极、阴极和所述电解系统或者尤其由这些组件以及必要时一块隔离板所组成。其中所述电池元件尤其布置在电池区域中。所述电池区域由此尤其能够通过空间的区域来构造，在该空间的区域中设置了阳极、阴极和布置在所述阳极与所述阴极之间的电解系统。所述电池区域由此由所述蓄能器的电池元件尤其完全填满。
[0007]其中所述电解系统尤其能够是液态的或者至少部分液态的电解系统。作为非限制性的、例如能够在锂硫电池或者锂硫干电池中作为蓄能器用在所述蓄能系统中的实例，在这里要提到具有用作导电盐的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)的1.3-二氧戊环(DOL)/二甲氧基乙烷(DME)。
[0008]此外，所述阳极、所述阴极和/或所述电解系统如此构造，使得功能材料根据所述电池元件的充电和/或放电过程布置在所述电解系统中。因此，例如能够根据充电状态在所述电解系统中形成或者分解功能材料。其中功能材料的形成或者分解在本发明意义上尤其能够意味着，功能材料直接在所述电解系统中形成或者在那里分解。作为补充方案或者替代方案，所述功能材料能够根据充电状态例如通过扩散到达所述电解系统中或者从所述电解系统中出来。尤其在设置至少部分液态的电解系统时，所述阳极、所述阴极和/或所述电解系统在此能够如此构造，使得根据电池的充电状态形成的功能材料在所述电解系统中溶解。作为非限制性的实例，在这里要提到锂硫电池，对所述锂硫电池来说聚硫化物作为充电或者放电过程的中间阶段在所述电解系统中溶解。原则上在这里每种相应的系统都是合适的，对所述系统来说功能材料、例如活性材料由阳极和/或阴极所构造或者存在着功能材料，所述功能材料在所述电解系统中尤其根据充电状态来溶解。
[0009]其中功能材料在本发明的意义上尤其能够是每种化合物或者物质，所述化合物或者物质在蓄能器运行时在所述电池的内部存在或者能够形成或者分解。尤其以下这样的物质为功能材料这个概念所包括:所述物质例如在所述在电池的充电和/或放电过程中进行的、电化学的过程的范围内形成和/或分解。功能材料这个概念在本发明的意义上在此能够包括仅仅一种如前面所提到的那样的化合物或者物质，或者不过能够包括一种任意的、由不同的化合物或者物质所构造的混合物。
[0010]功能材料根据所述电池元件的充电和/或放电过程布置在所述电解系统中并且在这里尤其形成和/或分解，由此这种功能材料能够以特别有利的方式定性地和/或定量地检测。例如对所述功能材料在所述电解系统中溶解这种情况来说，能够对所述功能材料的至少一种特性进行定性的和/或定量的分析。此外，也例如能够在所述电解系统中存在所述功能材料的弥散情况时很好地对所述功能材料进行分析。由此能够以特别简单的方式推断出所述蓄能系统或者电池元件的运行状态、例如尤其是充电状态。
[0011]因此，通过按本发明的蓄能器能够不是间接地通过基于估计的模型、而是例如直接根据对所述电解系统的或者所述布置在电解系统中的、例如弥散的或者溶解的功能材料的分析来尤其检测所述充电状态。所述功能材料根据充电或者放电过程布置在所述电解系统中并且在那里例如形成和/或分解，由此尤其能够根据定性的以及尤其定量的测量来直接检测所述充电状态。换句话说，借助于功能材料的、通过测量或者分析所探测的种类以及尤其数量在知道在充电及放电过程中进行的过程的情况下能够检测所述充电状态。在此，所述测量或者所述分析结果尤其能够在与所保存的充电模型进行比较时允许非常精确地推断出所述充电状态。[0012]此外能够检测所述电池的或者所述电池元件的老化状态。这一点尤其能够通过对所述功能材料或者电解材料的、定量的测量但是也能够通过对其的定性的测量来实现，因为例如通过功能材料的、较小的浓度例如能够推断出活性材料损失。所述活性材料损失又能够表征所述电池的老化。与合适的老化模型的比较在这里能够推断出所述电池的、由于老化现象引起的容量损失。
[0013]通过所述按本发明的蓄能系统，在此能够特别精确地检测蓄能器的运行状态、例如充电状态。按照本发明能够明显地减少有欠缺的结果。尤其不必实施潜在带有缺陷的和不精确的估计。
[0014]除此以外，尤其能够进行快速的或者动态的测量，尤其能够随时并且在没有等候可能的静止间隙的情况下进行快速的或者动态的测量。
[0015]按照本发明，在此避开对蓄能器例如锂离子干电池的阻抗的、非寻常的、精确的、建模的问题。尤其不必以困难的方式来识别必要的、电化学的参数。因此能够降低已知的状态识别系统的计算开销以及存储需求。由此尤其能够改进测定方法的精度。
[0016]此外，尤其对锂硫电池来说例如能够明确地识别每种充电状态。这一点对传统的系统来说经常难以做到乃至不可能做到，因为对这样的蓄能器来说电压在其相对时间或者相对充电状态的比例中、也就是尤其在其电压特性曲线中具有曲线平坦区，这使得每个电压值的、相对所定义的充电状态的、明确的分配关系变得困难或者不可能。
[0017]按照本发明，能够避开这样的困难，因为为了例如确定所述蓄能器的充电状态既不需要进行充电平衡，又不必保存阻抗模型。
[0018]此外，在此对所述蓄能系统的或者电池元件的、运行状态例如充电状态的检测尤其能够在所述蓄能系统运行的过程中进行。这在本发明的意义上尤其能够意味着，所述蓄能器处于充电或者放电状态中。但是也可能是这样的情况:所述蓄能器不是强制处于充电或者放电状态中，只要其处于其使用位置上。换句话说，在运行过程中对运行状态的检测能够意味着，所述蓄能器不必处于等候或者类似状态中，而是尤其直接准备着进行充电或者放电过程。
[0019]为了例如检测所述电池元件或者蓄能器的充电状态，所述蓄能系统按照本发明尤其能够具有分析单元，通过该分析单元能够分析所述功能材料和/或电解系统的至少一种特性，用于定性地并且/或者定量地检测在所述电解系统中布置的或者所形成的和所分解的功能材料。通过分析单元来直接分析所述功能材料和/或电解系统的至少一种特性，尤其由此能够以特别精确的并且动态的方式在每个所期望的时刻来检测所述充电状态。例如导电能力或者黏度适合作为所述电解系统的、能够分析的特性。
[0020]在另一种设计方案的范围内，所述蓄能系统能够具有光源，通过该光源能够至少部分地照射所述电解系统，并且所述蓄能系统能够具有探测器，通过该探测器能够分析被照射的电解系统的吸收特性。因此，在这种设计方案中，尤其分析单元能够通过所述光源和所述探测器来构造。在这种设计方案中，所述电解系统以及由此尤其布置在其中的功能材料尤其能够通过所述电解系统或者功能材料的吸收特性或者消光特性来检验。详细来讲，能够用具有合适的波长的光来照射所述电解系统，并且能够通过合适的探测器来检验所述取决于所溶解的功能材料的种类和数量的吸收特性。对所述吸收特性的检验或者分析，在此对本领域的技术人员来说以能够理解的方式包括对所述电解系统的消光特性的检验或者分析。
[0021]对锂硫干电池的这种非限制性的实例来说，元素硫通过多个聚硫化物中间级以以下方式还原成最终产物-二硫化锂(Li2S2)和硫化锂(Li2S):
【权利要求】
1.蓄能系统，包括至少一个布置在电池区域(12)中的电池元件(14)，所述电池元件具有阳极(16)、阴极(18)以及布置在所述阳极(16)与所述阴极(18)之间的、尤其至少部分液态的电解系统(20)，其中所述阳极(16)、所述阴极(18)和/或所述电解系统(20)如此构造，使得功能材料根据所述电池元件(14)的充电和/或放电过程布置在所述电解系统(20)中，并且其中能够对所述布置在电解系统(20)中的功能材料定性地并且/或者定量地进行检测。
2.按权利要求1所述的蓄能系统，其中所述蓄能系统(10)此外具有分析单元，通过所述分析单元能够分析所述功能材料和/或电解系统(20)的至少一种特性，用于定性地并且/或者定量地检测所述布置在电解系统(20)中的功能材料。
3.按权利要求1或2所述的蓄能系统，其中所述蓄能系统(10)具有光源(24)，通过所述光源能够至少部分地照射所述电解系统(20)，并且其中所述蓄能系统(10)具有探测器(26)，通过所述探测器能够分析被照射的电解系统(20)的吸收特性。
4.按权利要求1到3中任一项所述的蓄能系统，其中布置在所述电池区域(12)外部并且包括电解系统(20)的探测区域(28、30)设置用于对布置在所述电解系统(20)中的功能材料进行定性的和/或定量的检测。
5.按权利要求3或4所述的蓄能系统，其中所述阳极(16)和所述阴极(18)具有相应地彼此对准地布置的、透光的区域(35)，所述区域能够由所述光源(24)射穿。
6.按权利要求2到5中任一项所述的蓄能系统，其中所述电池区域(12)、所述分析单元以及尤其所述探测区域(28、30 )被壳体(34 )所包围。
7.按权利要求2到5中任一项所述的蓄能系统，其中所述电池区域(12)被壳体(34)所包围，并且其中所述壳体(34)具有至少一个透光的、用于在外部布置所述分析单元的区域(35)。
8.按权利要求3到7中任一项所述的蓄能系统，其中所述光源(24)包括发光二极管并且/或者其中所述探测器(26)包括光电晶体管。
9.按权利要求3到8中任一项所述的蓄能系统，其中通过所述光源(24)能够发出处于UV/VIS波段的光谱的波长范围内的光。
10.状态识别系统，包括按权利要求1到9中任一项所述的蓄能系统(10)，其中所述状态识别系统此外具有测评和/或处理单元。
【文档编号】H01M10/48GK103930301SQ201280057169
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年7月17日 优先权日:2011年9月22日
【发明者】M.韦格纳, J.法诺斯, M.滕策, J.格里明格尔 申请人:罗伯特·博世有限公司