[发明专利]锂离子储能器和用于均衡锂离子储能器的测量区段和主区段的电位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子储能器和一种用于均衡锂离子储能器的测量区段和主区段的电位的方法。

背景技术

锂离子储能器具有高的电池电压和所存储的能量和质量之间的良好的比例并且因此适用于移动应用、特别是适用于电运行的车辆。锂离子储能器经常以缠绕的结构形式制造，其中缠绕包括两个扁平电极以及隔板的扁平材料，该隔板将电极彼此电隔离。电极典型地包括金属集电器，该金属集电器在两侧涂敷电极材料。作为金属集电器，典型地在阴极电极中使用铝膜并且在阳极电极中使用铜膜。通常，电极之间的隔板利用离子传输介质浸渍，该离子传输介质能够实现离子穿过隔板。

锂离子储能器作为电池组和蓄电池而已知。此外已知的是，由锂离子储能器输出的电流利用多个不同的传感器、例如具有分流电阻或具有霍尔传感器的传感器来测量。除了用于直接的通过电流的测量介质之外，存在多个不同的传感器和/或理论模型，利用其能够检测锂离子储能器的特性。对此，典型地利用传感器检测储能器的多个确定的特性并且基于所检测的值应用理论模型，以便推断储能器的电特性或状态。

EP2442400A1公开了一种基于锂技术具有内置的参考电极的电化学电池。该参考电极被嵌入到隔板中，使得在参考电极和电池的常规电极的每个之间形成参考电池。通过确定代表储能器的半电池的两个参考电极的特性，可以获得关于所述半电池的每个的信息并且因此也获得关于整个储能器的信息。在此，或者测量整个电池的电流，或者通过其它参数和理论模型推断储能器的状态。引入到隔板中的附加电极在此阻碍离子流动并且带来电极短路的风险。

发明内容

根据本发明提出，锂离子储能器配备测量电池、主电池和均衡装置，利用该均衡装置能够将测量区段的电位和主区段的电位置于至少近似相同的电位上。

在根据本发明的锂离子储能器中，阳极和阴极的至少一个被分成主区段和测量区段，所述主区段和测量区段彼此电隔离，由此得到储能器的测量电池和主电池。测量电池包括电极的测量区段、相对电极测量区段和位于电极的测量区段和相对电极测量区段之间的隔板的区段，其中该相对电极测量区段关于隔板与电极的测量区段相对置。主电池包括电极的相对电极主区段并且类似于测量电池包括相对电极主区段和位于电极的相对电极主区段和相对电极的主区段之间的隔板的区段，其中相对电极主区段关于隔板与电极的主区段相对置。储能器的电极包括主区段和测量区段。典型地，测量区段明显小于主区段。相对电极关于隔板与电极相对置并且可以同时用于主区段和测量区段。相对电极的被称为相对电极测量区段的部分与测量电极相对，而相对电极的被称为相对电极主区段的部分与主电极相对。可以的是，不仅阳极而且阴极被用作电极，而相应地阴极或阳极用作相对电极。隔板可以作为唯一的连续的元件被设置用于测量电池以及主电池。然而也可以设想，划分隔板或/和相对电极，使得得出分别被分配给电极的主区段或电极的测量区段的区段。

锂离子储能器的主功率由主电池提供。主电池通常明显大于测量电池，不仅在储能器的存储容量方面、而且关于其在电极或相对电极处的面积部分。例如主电池的容量至少为测量电池的容量的十倍。相应地，测量电池的涉及面积的特性、诸如电流输出能力、内能和诸如此类的可以通过以下方式从测量电池转移到主电池上，即利用两个电池的面积比的因子来标量。测量电池的不涉及面积的特性、诸如电池电压、充电状态、老化状态或类似的可以在没有涉及面积的标量的情况下从测量电池转移到主电池上。

主电池在放电运行中将电流输出给耗电器并且在充电运行中又被充电，其中储能器被连接到该耗电器上。为了相同地保持电池的状态，可以对测量电池同步地放电和充电。然而，如果应该已经设定了电池的不同状态，则测量区段和主区段关于相对电极具有不同的电位。这可以歪曲测量，因为测量电池和主电池中的电化学状态是不同的。利用根据本发明的均衡终止可以平衡电极的测量区段与主区段之间的电位差。在这样的平衡之后，测量电池和主电池的电化学状态至少近似地、优选完全地彼此均衡。于是借助测量电池可以至少近似正确地检测主电池的特性。

从属权利要求示出本发明的优选的改进方案。

在锂离子储能器的一种实施方式中，均衡装置可以实现电极的主区段与测量区段之间的连接，该连接优选地是低欧姆的。通过该连接，电流从主区段流至测量区段或相反，这取决于两个区段中的哪个具有较高的电位。通过电荷从测量电池至主电池的转移或者相反，主区段和测量区段的电位或者主电池和测量电池的电压彼此均衡。