用于确定参考能量线图的方法和用于形成电池的设备技术

公开了一种用于确定参考能量线图的方法，该方法包括第一曲线和第二曲线的比较。第一曲线描述在第一充电周期期间第一电池的能耗。第二曲线描述在第一充电周期之后的第二充电周期期间第一或第二电池的能量能耗。针对多个时间间隔进行比较，该方法还包括针对多个时间间隔的每个的第一和第二曲线之间的偏差的确定。该方法进一步包括基于用于每个时间间隔的偏差的电能的量的确定，其中针对每个时间间隔，电能的量描述用于在待形成的电池的形成过程期间待施加至待形成的电池的能量的参考能量线图的需求。

A method for determining a reference energy line diagram and a device for the formation of a battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定参考能量线图的方法和用于形成电池的设备
本专利技术涉及一种用于确定参考能量线图的方法、一种用于形成电池的设备、一种用于形成电池的方法、一种参考能量线图的使用以及一种计算机程序。此外，本专利技术涉及一种用于形成固体电解质界面(SEI)的原电池或电池芯的改善形成的方法，以及一种用于引导形成电流的优化方法。
技术介绍
形成(formation)是生产原电池或电池芯时的制造步骤。形成是指所谓的SEI形成的第一充电和放电过程。为了激活电化学过程和/或电池芯的特性需要该过程。形成SEI对于如内电阻和循环稳定性的关键电池特性具有决定性作用。稳定均匀的层在此是有利的。至今，已经使用非常弱的电流实现了形成(即充电和放电)。其转而导致耗时和因此可能限制生产链的产能的昂贵的制造步骤。现今公知的方法依赖于将允许缓慢均匀的SEI形成的恒定的弱电流。对每个充电和放电过程设置固定电流直至各自的终止电压。在公开物[1]和[2]中，建议从预定义电压阈值开始增大电流，其中恒定电流被施加至一至三步骤之间。首先，基于经验值设置最小可能电流强度(通常，1/20C、1/15C或1/10C)。利用其他已开发的方法，从电压阈值开始，增大电流或已经终止形成，由于实验示出，在这之后，形成了少量SEI并且终止对循环稳定性具有可容忍的负面影响。例如，此过程在[3]中被描述。通过容忍SEI同质性或SEI厚度的轻微恶化，在此实现方法的部分加速。图11展示了根据现有技术的用于形成电池芯92的概念90的示意性表示。电池芯92经由触点94a和94b被电性连接至直流源96。在此，使用恒定电流I完成形成。如[1]和[2]中所述，可借由控制器98控制电流I，以使得其在较少的预定步骤中增大，其中在步骤之间设置恒定电流值。US2015/0060290A1描述了使用小电流强度直至预定点然后切换至更高的第二电流强度的概念。DE3736069A1描述了施加用于形成铅酸电池的经调节的电流。然而，相较于形成原电池，在此针对不同的电化学目标。当形成铅酸电池时，建立有源层。建立SEI包括在有源粒子(电级)和电解质之间形成电绝缘层。电化学过程是不可比较的。因此，可期望的是用于形成电池的概念，相较于公知方法，其允许在短时间内实施电池的改善形成和/或获得高同质性的SEI。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供允许在短时间内和/或以高SEI同质性形成电池的概念。通过独立权利要求的主题实现此目的。本专利技术的中心思想是意识到可通过以下事实实现上述目的：可基于观察实际的SEI形成，随形成过程的时间图线而动态地确定在形成过程期间被馈送至电池的能量。以此方式确定的能量允许形成电流强度高度地适应于随时间图线的SEI形成和/或设置能量，以使得同质地形成SEI。本专利技术的发现是：在向待形成的电池馈送能量时可不一致地进行SEI形成。此不一致可导致可变的SEI形成率和/或导致不一致的层同质性。将能量适应于待形成的电池的实际状态允许至少有时地加速形成过程和/或至少有时地以高同质性形成SEI，从而可快速地获得高的层同质性的SEI。可基于电池的第一充电周期和第二充电周期之间的能量吸收的比较确定在形成期间待馈送的能量。在时间间隔中的第一和第二图线之间的能量吸收的偏差允许得出关于在此时间间隔期间形成的SEI的程度的结论，从而可动态地改变待馈送至电池的能量。以简单的方式表述，可通过改变的、动态的或变化的充电和/或放电电流达到之前描述的目标。根据实施例，一种用于确定参考能量线图的方法包括对描述在第一充电周期期间的第一电池的能量吸收的第一图线和描述在第一充电周期之后的第二充电周期期间的第一或第二电池的能量吸收的第二图线进行比较。针对多个时间间隔进行比较。此外，该方法包括针对多个时间间隔的每个确定第一和第二图线之间的偏差。此外，该方法包括基于用于每个时间间隔的偏差确定电能的量，其中针对每个时间间隔，电能描述用于在待形成的电池的形成过程期间待馈送至待形成的电池的能量的参考能量线图的预设默认值。借助于形成用于确定参考能量线图的先前计算，对于相同或相似的电池，可获得参考能量线图，其允许在至少一个、多个或所有时间间隔中的高度的SEI形成，从而可缩短直至形成终止的持续期间且因此形成的时间效率可以是高的。可选地或附加地，可基于改变所馈送的能量获得均匀的SEI形成，从而获得高质量的SEI。根据另一实施例，一种用于确定参考能量线图的方法包括对描述在第一充电周期期间的第一电池的能量吸收的第一图线和描述在第一充电周期之后的第二充电周期期间的第一或第二电池的能量吸收的第二图线进行比较。针对多个时间间隔进行比较。此外，该方法包括针对多个时间间隔的每个确定第一和第二图线之间的偏差。此外，该方法包括：当比较指示由电能导致的形成的程度小于或等于由电能可导致的形成的80％时，基于比较，确定在后续时间间隔中减少在另一电池的形成期间被馈送至所述另一电池的电能的量。跨越多个时间间隔的电能的量的图线至少部分地描述参考能量线图。图线之间的偏差可提供以下事实的暗示：能量的大于20％的部分被用来对电池进行充电并且因此不用于SEI的形成。基于被馈送至待形成的电池的电能的量的减少，可减少此部分从而形成快速的SEI和/或高质量的SEI。根据另一实施例，为了依据参考能量线图将电能施加至待形成的电池，使用根据先前实施例的参考能量线图。根据另一实施例，一种用于形成电池的设备包括可控能源，可控能源用于向连接至可控能源的电池提供电能。设备包括用于在多个时间间隔中控制可控能源的控制构件。此外，设备包括用于在每个时间间隔中确定电池的物理状态的检测构件。控制构件用于基于检测的物理状态控制电能源，以使得在后续时间间隔期间被提供至电池的电能的量增加或减少。此实施例的优势在于可基于基于电池的当前物理状态控制电能源来考虑各个电池之间的变化，从而可针对每个个别电池进行快速的和/或高质量的形成过程。其他实施例涉及计算机程序和用于形成电池的方法。其他有益的实施例为从属权利要求的主题。附图说明随后将参照附图详述本专利技术的优选的实施例，其中：图1展示根据实施例的用于确定参考能量线图的方法的示意性流程图；图2展示根据实施例的用于确定参考能量线图的另一方法的示意性流程图；图3展示根据实施例的用于确定电能的量的方法的示意性流程图；图4展示根据实施例的表示充电周期的第一图线的部分和第二图线的部分的示意图；图5展示根据实施例的用于形成电池的方法的示意性流程图；图6展示根据实施例的用于使用参考能量线图的设备的示意性电路框图；图7展示根据实施例的用于形成电池的设备的示意性电路框图；图8展示根据实施例的相较于图7的设备包括用于存储参考能量线图的存储器的设备的示意性电路框图；图9展示具有可根据本文描述的实施例的方面获得的在形成过程期间的电池电压的图线的示意图；图10展示根据实施例的用于形成电池的方法的示意性流程图；图11是根据现有技术的用于形成电池芯的概念的示意性说明；图12a-b是根据在此描述的实施例的通过使用参考能量线图形成电池的方法的示意性说明；以及图12c-d是根据在此描述的实施例的通过改变标准线图形成电池的方法的示意性说明。具体实施方式在下面结合附图更详细地描述本专利技术的实施例之前，应指出的是，在不同的附图中，相同或具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定参考能量线图的方法(100)，包括步骤：针对多个时间间隔(18a‑d)，对描述在第一充电周期期间的第一电池的能量吸收的第一图线(12)与描述在第一充电周期之后的第二充电周期期间的第一电池或第二电池的能量吸收的第二图线(14)进行比较(110)；针对所述多个时间间隔(18a‑d)的每个，确定(120)所述第一图线(12)和所述第二图线(14)之间的偏差(16a‑d)；以及基于用于时间间隔(18a‑d)的每个的偏差(16a‑d)，确定(130)电能的量，其中针对时间间隔(18a‑d)的每个，所述电能的量描述用于在待形成的电池(24)的形成过程期间待馈送至所述待形成的电池(24)的能量的参考能量线图的预设默认值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.23 DE 102015205228.11.一种用于确定参考能量线图的方法(100)，包括步骤：针对多个时间间隔(18a-d)，对描述在第一充电周期期间的第一电池的能量吸收的第一图线(12)与描述在第一充电周期之后的第二充电周期期间的第一电池或第二电池的能量吸收的第二图线(14)进行比较(110)；针对所述多个时间间隔(18a-d)的每个，确定(120)所述第一图线(12)和所述第二图线(14)之间的偏差(16a-d)；以及基于用于时间间隔(18a-d)的每个的偏差(16a-d)，确定(130)电能的量，其中针对时间间隔(18a-d)的每个，所述电能的量描述用于在待形成的电池(24)的形成过程期间待馈送至所述待形成的电池(24)的能量的参考能量线图的预设默认值。2.根据权利要求1所述的方法，其中基于具有至少一个函数自变量的转换函数进行确定(120)电能的量，所述函数自变量是所确定的偏差(16a-d)，其中电能描述电流强度或电荷量。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述转换函数是随着形成过程可变的。4.一种用于确定参考能量线图的方法(200)，包括步骤：针对多个时间间隔(18a-d)，对描述在第一充电周期期间的第一电池的能量吸收的第一图线(12)与描述在第一充电周期之后的第二充电周期期间的第一电池或第二电池的能量吸收的第二图线(14)进行比较(210)；针对所述多个时间间隔的每个，确定(220)所述第一图线(12)和所述第二图线(14)之间的偏差(16a-d)；以及当所述比较指示由电能导致的形成的程度小于或等于由电能可导致的形成的80％时，基于所述比较，确定(230)在时间间隔(18a-d)中减少在另一电池(24)的形成期间被馈送至所述另一电池(24)的电能的量；其中跨越所述多个时间间隔(18a-d)的电能的量的图线至少部分地描述所述参考能量线图。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：使用所述偏差并使用参考电池的测量或对应电池类型的仿真，确定相较于由电能可导致的形成的由所馈送的电能导致的形成的程度。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对第一图线(12)和第二图线(14)进行比较(110；210)进一步包括步骤：针对所述多个时间间隔(18a-d)的每个，确定(310)由所述第一电池或所述第二电池吸收或释放的电荷量；针对所述多个时间间隔(18a-d)的每个，确立(320)所吸收的电荷量与描述被施加至所述第一电池的电池极的电压的变化的电压变化之间的比值(dU/dQ)；或针对所述多个时间间隔(18a-d)的每个，确立(320)所吸收的电荷量与描述被施加至所述第二电池的电池极的电压的变化的电压变化之间的比值(dU/dQ)。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定(120；220)偏差包括计算所述第一图线(12)和第二图线(14)的值之间的商或差。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一充电周期是所述第一电池被充电的时间上的第一充电周期，以及其中所述第一电池的放电在所述第一充电周期之后，以及其中所述第二充电周期在所述放电之后。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一图线(12)和/或所述第二图线(14)描述针对多个电池确立的充电周期的多个图线的平均值。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个时间间隔(18a-d)与所述第一充电周期或所述第二充电周期的时间持续期间相关并且每小时包括至少三个数量的时间间隔(18a-d)。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个时间间隔(18a-d)的至少一个的时间持续期间与被施加至所述第一电池或所述第二电池的电压在至少0.1％和至多30％的容差范围内不变的时间跨度相关。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过所述第一电池或所述第二电池的充电或放电过程的计算机仿真获得所述第一图线或第二图线。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中以至少一次重复重复地进行所述方法，其中各次重复的第一图线(12)和第二图线(14)与待形成的电池(24)的充电或放电周期相关联，以及其中重复的第一图线(12)和第二图线(14)分别相较于所述方法的先前执行的第一图线(12)和第二图线(14)被改变。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括步骤：在至少一个时间间隔中确定用于所述第一电池或所述第二电池的辅助量，并且将所确定的辅助量存储于参考能量线图中。15.一种用于形成电池(24)的方法(500)，包括步骤：使用根据权利要求1-14中任一项所述的方法(100；200)获得(510)用于形成所述电池(24)的参考能量线图；以及以能量对所述电池(24)进行充电(520)，其中所述能量的时间图线基于所述参考能量线图。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述时间图线包括与被施加至所述第一电池或所述第二电池的电压在至少0.1％和至多30％的容差范围内不变的时间跨度相关的多个时间间隔(18a-d)。17.根据权利要求15或16所述的方法，进一步包括步骤：确定在第一时间点(t1)处的所述电池(24)的第一物理量；中断对所述电池(24)的充电并确定在所述第一时间点(t1)之后的第二时间点(t2)处的所述电池(24)的第一物理量；确定在所述第一时间点处的第一物理量和在所述第二时间点处的第一物理量之间的偏差；基于所确定的偏差校正所述参考能量线图；以及重新开始充电或放电。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述能量与取决于被施加至所述电池(24)的电池极的电压(U)的待提供至所述电池(24)的电量相关，其中第一物理状态是被施加至电池的电池极的电压(U)，以及其中基于所确定的偏差进行校正所述参考能量线图。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述能量是指取决于被施加至所述电池(24)的电池极的电压(U)的待提供至所述电池(24)的电量的值，以及其中所述参考能量线图还包括关于取决于被施加至电池极的电压的参考电池的辅助量的信息；以及所述方法进一步包括步骤：基于所述偏差以及基于在中断之前具有第一值的被提供至所述电池(24)的电量，确定用于所述电池(24)的辅助量；以及基于所述辅助量和基于在重新开始之后所施加的被提供至所述电池(24)的电量的第二值，确定用于所述参考能量线图的校正值；以及基于所确定的校正值校正所述参考能量线图。20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中在所述第二时间点(t2)处的所述电池(24)的第一物理量是所述电池(24)的开路电压(U2)。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述参考能量线图包括与用于形成待形成的电池(24)的待由可控能源提供的电能相关的信息，其中与待由所述可控能源提供的电能相关的信息是关于导致所述待形成的电池的充电或放电的能量本身、电流强度、电荷量或电压的信息。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中能量是导致所述待形成的电池的充电或放电的电流强度和/或电荷量和/或电压。23.一种具有程序代码的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克西米利安·布鲁赫，斯蒂芬·卢克斯，马提亚·威特，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国,DE