[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2014023543A1 - Forming device with a multiphase architecture, and corresponding method for forming battery cells of a battery - Google Patents

Forming device with a multiphase architecture, and corresponding method for forming battery cells of a battery Download PDF

Info

Publication number
WO2014023543A1
WO2014023543A1 PCT/EP2013/065081 EP2013065081W WO2014023543A1 WO 2014023543 A1 WO2014023543 A1 WO 2014023543A1 EP 2013065081 W EP2013065081 W EP 2013065081W WO 2014023543 A1 WO2014023543 A1 WO 2014023543A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery cell
forming
forming device
converter
currents
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/065081
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Holger Fink
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Samsung Sdi Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh, Samsung Sdi Co., Ltd. filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2014023543A1 publication Critical patent/WO2014023543A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/446—Initial charging measures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a forming device, the
  • the invention relates to a method for
  • Forming device for forming at least one battery cell of
  • each individual battery cell is activated and, on the other hand, a defined formation and stabilization of the solid electrolyte layer (solid electrolyte interface SEI) is to be achieved via a pre-aging process.
  • solid electrolyte interface SEI solid electrolyte interface
  • Corrosion layer which forms on lithium-ion batteries on the anode, determines the aging behavior of the battery cells significantly.
  • Forming and Voralterungsvorgang takes in today's manufacturing of cells with large cell energies, such as 60 Ah cells, about 10 to 14 days. From the prior art it is known in the formation of
  • Forming stage 10 shown which is connected to a series circuit 20 of several battery cells to be formed 21 of a battery. In this case, only a single battery cell 21 to be formed may be present.
  • the forming device 10 comprises a DC intermediate circuit 50, in which an intermediate circuit capacitor 60 is arranged, which at one terminal with a first input 51 and a first output 53 of the DC intermediate circuit 50 and at the other terminal with a second input 52 and a second output 54 of
  • Forming device 10 comprises a first power semiconductor (upper power semiconductor in FIG. 1) 30 and a second power semiconductor
  • the first power semiconductor 30 is connected at one terminal to the second power semiconductor 40 and at its other terminal to a first output 53 of the DC intermediate circuit 50.
  • the two terminals of the battery cell series circuit 20 are each connected to a terminal of the second power semiconductor 40.
  • the second power semiconductor 40 is further connected to the first one terminal
  • the second power semiconductor 40 is at its other terminal, which is not the first
  • Power semiconductor switch 30 is connected to the second output 54 of the DC intermediate circuit 50.
  • the power output stage (shaping output stage) 10 is based on the use of the two power semiconductors 30, 40 which each operate in linear operation.
  • the first power semiconductor 30 shown in FIG. 1 is activated for charging currents.
  • the second power semiconductor 40 is activated for discharge currents. Because the
  • Power semiconductors 30, 40 work in the active area, creates a significant
  • Battery cells 21 are formed in series connection simultaneously.
  • the charging and discharging unit comprises a voltage converter, via which an output voltage is provided by a working as an energy source accumulator, the nominal voltage of or each charged by him, exceeds the energy sink operating batteries.
  • the energy losses occurring during the alternating charging and discharging of the accumulators are compensated, controlled by the control unit, by means of the grid-connected energy source.
  • a forming device which is designed to impress formation currents for the formation of at least one battery cell of a battery into an activation of electrochemical processes in the battery cell.
  • the forming device comprises a bidirectional multiphase DC-DC converter, wherein the
  • Multiphase DC-DC converter such a high number of mutually connectable bidirectional DC-DC converters, in particular of bidirectional Tiefsetzstellern includes, and the forming device is further configured to clock the DC-DC converter in such a way that by means of the forming device forming currents, each having a desired current profile, generated and can be imprinted in the battery cell.
  • the Form michsströme can be block-shaped
  • Forming streams include, each having a current ripple whose size or amplitude falls below a predetermined threshold, and are to be impressed during at least one predetermined charging operation and at least one predetermined discharge in the battery cell.
  • the forming currents may also comprise alternating currents which each have a current change rate which exceeds a predetermined threshold value and which are to be impressed into the battery cell, in particular for carrying out an impedance spectroscopy of the battery cell.
  • Under current ripple can be understood the residual ripple or in the case of direct current superimposed alternating current component.
  • a method is also provided for forming at least one battery cell of a battery, in which forming currents for activating electrochemical processes by means of a forming device are impressed into the battery cell. It will be by means of a in the
  • Forming device arranged multi-phase DC-DC converter, which comprises a suitable number of parallel connected bi-directional DC-DC converters, in particular bidirectional buck converter, which are suitably clocked, generates forming currents, each having a desired current profile, and which are impressed in the battery cell.
  • the forming streams may be block-shaped
  • Forming currents each having a current ripple, which falls below a predetermined threshold, generated and impressed during at least one predetermined charging operation and at least one predetermined discharge in the battery cell. Also, the
  • Threshold exceed generated and impressed in the battery cell, in particular for performing an impedance spectroscopy of the battery cell.
  • Multiphase DC-DC converter which comprises a suitable number of bidirectional DC-DC converters, which are preferably each formed as a buck converter, is the clock with the appropriate timing
  • DC converter realized a forming device with a relation to the prior art significantly expanded dynamic range.
  • the block-shaped currents can be represented during formation with a current ripple of low amplitude or with a small alternating component, and on the other hand, the maximum possible rate of change of current can be increased.
  • the inventive forming device can realize alternating currents with high-frequency sinusoidal current waveforms at much higher frequencies. This makes it possible in particular to perform impedance spectroscopy up to very high frequencies.
  • the forming device according to the invention is further adapted to the
  • the forming device according to the invention can be designed to each of the DC-DC converter by means of a
  • the predetermined time is only a fraction of the pulse period duration resulting from the division of the pulse period by the number of DC-DC converters.
  • each smoothing inductor has an inductance whose magnitude falls below a predetermined threshold value.
  • the bidirectional multiphase DC-DC converter is preferably designed as a bidirectional multiphase buck converter, which is composed of two or more buck-boosters connected in parallel. These buck converters are expediently operated via a central clock and with a pulse width modulation realized offset by 1 / n of the pulse period duration, where n is the number of buck converters present in the bidirectional multiphase buck converter. This makes it possible to achieve a very good smoothing of the output currents of the forming device even when using chokes with very small inductances and a very high dynamics, that is, to realize very high rates of change of the output currents of the forming device.
  • the DC-DC converters each comprise a first power semiconductor, in particular a first MOSFET transistor, and a second power semiconductor, in particular a second MOSFET transistor. It is the
  • Forming device designed to guide the block-shaped forming currents during the charging process by means of the first power semiconductors and during the discharging process by means of the second power semiconductors and impress in the battery cell.
  • the forming device is further configured to control the power semiconductors such that the power semiconductors operate during the generation of the forming currents in switching operation and the electrical energy removed during the discharging process of the battery cell is fed back into a supply network for supplying the battery cell.
  • the feed device is designed to be regenerative.
  • Forming devices used in the formation of battery cells, the circuit breaker or power semiconductors operate in the switching mode.
  • the power loss in such Formative stages can be massively reduced and the energy that is generated during the discharging during formation and burn-in and conventionally has been converted into heat loss, fed back into the grid.
  • high-frequency currents can be impressed into the battery cells to be formed by means of the forming devices according to the invention, for example
  • the high demands on the dynamics are based on the need to produce output currents, in particular sinusoidal output currents which have high rates of current change or high maximum frequencies.
  • a forming device and a method for forming at least one battery cell in particular one
  • Lithium ion battery provided.
  • a battery is also provided, which is equipped with the forming device according to the invention.
  • Another aspect of the invention relates to a vehicle with a battery that has been formed with the forming device according to the invention for forming at least one battery cell of the battery.
  • Figure 1 is a known from the prior art forming device
  • Figure 2 shows a forming device according to a preferred embodiment of the invention, wherein the forming device is a bidirectional
  • FIG. 2 shows a forming device 10 according to a preferred embodiment
  • the forming device 10 is connected to a series circuit 20 of a plurality of battery cells 21 to be formed of a battery.
  • a single battery cell 21 to be formed may also be present. To simplify the illustration, only a single battery cell, provided with the reference numeral 21, was arranged.
  • the forming device 10 also includes a
  • the forming device 10 further comprises a bidirectional
  • Multiphase buck converter 1 the input side to the outputs 53, 54 of the DC intermediate circuit 50 and the output side connected to the terminals of the battery cell series circuit 20.
  • the multi-phase step-down converter 1 1 is formed of a predetermined number n of bidirectional step-down converters connected in parallel with each other. To simplify the illustration, only the first step-down converter 12 and the nth and last step-down converter 13 have been drawn in FIG.
  • the three horizontally drawn points and the three vertically drawn points symbolize the other, not shown and arranged in the multi-phase buck converter 1 1 buck converter.
  • the buck converters 12, 13 each comprise a first power semiconductor (upper power semiconductors in FIG. 2) 30, 35 and a second power semiconductor
  • Power semiconductors (lower power semiconductors in FIG. 2) 40, 45 The first power semiconductors 30, 35 of each buck converter 12, 13 are each connected to the corresponding second power semiconductors 40, 45 of the same buck converter 12,
  • first power semiconductors 30, 35 Parallel to the first power semiconductors 30, 35 is in each case a diode 31, 36 connected, the reverse direction in the forward direction of the corresponding first power semiconductor 30, 35 extends.
  • the first power semiconductor 30, 35 of each buck converter 12, 13 is connected to a terminal in each case with the
  • Parallel to the second power semiconductors 40, 45 is in each case a diode 41, 46 connected, the reverse direction in the forward direction of the corresponding second power semiconductor 40, 45 runs.
  • the second power semiconductor 40, 45 of each buck converter 12, 13 is connected to one terminal in each case with the corresponding first power semiconductor 30, 35 of the same buck converter 12, 13 and in each case via a in the same buck converter 12, 13 arranged smoothing inductor 70, 71 with a first terminal 22 of the
  • Battery cell series circuit 20 connected.
  • the transmission directions of the first power semiconductors 30, 35 and the second power semiconductors 40, 45 always run along the same direction.
  • the second power semiconductor 40, 45 of each buck converter 12, 13 is at its other terminal which is not connected to the corresponding first power semiconductor switch 30, 35 thereof
  • Bucket converter 12, 13 is connected, in each case with the second output 54 of the DC intermediate circuit 50 and with a second terminal 23 of the battery cell series circuit 20.
  • a current sensor 90, 91 which is designed to measure the current flowing through the corresponding smoothing choke 70, 71, is in each case arranged in the current flow of the smoothing choke 70, 71 of each buck converter.
  • the terminals 22, 23 of the battery cell series circuit 20 to be formed are each connected to a voltage detection device 100 via a transmission line. Between the inputs 51, 52 of the DC intermediate circuit 50 is one with a supply network (not shown) connectable
  • Feed device 80 is connected, can be fed by means of the electrical energy from the supply network in the DC intermediate circuit 50 and provided for the formation of the battery cells 21 of the battery cell series circuit 20.
  • circuit breakers used semiconductor valves which can be switched on and off
  • 30, 35, 40, 45 operate during the formation of the battery cells 21
  • the feed device 80 is designed to be capable of regenerative feedback.
  • the first power semiconductors 30, 35 are each used for charging currents, the second power semiconductors 40, 45 for discharging currents.
  • FIG. 2 shows a forming stage 10 with a multi-phase architecture
  • Multiphase buck converter 1 1, in which the power semiconductors 30, 35, 40, 45 each operate in the switched mode.
  • the forming stage 10 is designed to be suitable for energy recovery in the
  • Supply network for supplying the battery cells with electrical energy, for the injection of high-precision direct currents into the battery cells 21, and for the realization of output currents with a high dynamic range.
  • Battery cells in particular for lithium-ion battery cells, known which are designed so that they block-shaped current or
  • the forming stages 10 are each adapted to be formed by a multi-phase architecture 11
  • the power semiconductors 30, 35, 40, 45 work, in contrast to the prior art, in the switched mode.
  • the power loss in the semiconductor switch 30, 35, 40, 45 can be massively reduced and the forming stages 10 can be designed to be capable of regenerative energy in a simple manner, that is, that during discharging the to be formed battery cells 21 resulting electrical energy is fed back into the supply network.
  • the feed device 80 for the supply of the DC intermediate circuit 50 must be designed to be regenerative.
  • the circuit concept shown in FIG. 2 is based on the use of the bidirectional multiphase buck converter 1 1, which is constructed from two or more buck converters 12, 13 connected in parallel. These step-down converters 12, 13 are expediently operated via a central clock and with pulse width modulation realized offset by 1 / n of the pulse period duration, where n, as already mentioned above, is the number of step-down converters 12, 13 present in the bidirectional multiphase step-down converter 11 is.
  • n as already mentioned above, is the number of step-down converters 12, 13 present in the bidirectional multiphase step-down converter 11 is.
  • a very high dynamics of the forming device 10 is realized at the same time, that is, 10 forming currents generated by the forming device with very high rates of change in current and in the battery cells 21, in particular for performing impedance spectroscopy of the battery cells 21, can be embossed.
  • Forming devices 10 are provided, an optimum of
  • the two to six parallel buck converters 12, 13 comprises.
  • All of the power semiconductors 30, 35, 40, 45 used in the forming device 10 are preferably MOSFET transistors, since these are particularly suitable for the present application due to the low output voltage of the forming device 10.
  • MOSFET transistors can be clocked at high frequency without difficulty.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

The invention relates to a forming device (10) which is designed to imprint forming currents for activating electrochemical processes into a battery cell (21) of a battery in order to form at least one battery cell (21). The forming device (10) comprises a bidirectional multiphase DC-DC converter (11), wherein the multiphase DC-DC converter (11) comprises a high number (n) of bidirectional DC-DC converters (12, 13), in particular bidirectional step-down converters (12, 13), which can be connected to one another in parallel, and the forming device (10) is additionally designed to clock each DC-DC converter (12, 13) such that block-shaped forming currents, each of which has a current ripple, the amplitude of said current ripples falling below a specified threshold, can be generated and impressed into the battery cell (21) by means of the forming device (10) during at least one specified charging process and at least one specified discharging process, and/or forming currents can be generated that comprise alternating currents, each of which has a rate of change exceeding a specified threshold, and can be impressed into the battery cell, in particular in order to carry out an impedance spectroscopy of the battery cell (21).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Formierungsvorrichtung mit Multiphasen-Architektur und zugehöriges Verfahren zur Formierung von Batteriezellen einer Batterie  Forming device with multiphase architecture and associated method for forming battery cells of a battery
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formierungsvorrichtung, die dazu The present invention relates to a forming device, the
ausgebildet ist, zur Formierung mindestens einer Batteriezelle einer Batterie Formierungsströme zu einer Aktivierung elektrochemischer Prozesse in der Batteriezelle einzuprägen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur is formed to impress formation of at least one battery cell of a battery forming currents for activation of electrochemical processes in the battery cell. Furthermore, the invention relates to a method for
Formierung mindestens einer Batteriezelle einer Batterie. Auch betrifft die Forming at least one battery cell of a battery. Also concerns the
Erfindung ein Fahrzeug mit einer Batterie und einer erfindungsgemäßen Invention a vehicle with a battery and an inventive
Formierungsvorrichtung zur Formierung mindestens einer Batteriezelle der Forming device for forming at least one battery cell of
Batterie. Battery.
Stand der Technik State of the art
Bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Batteriezellen ist der sogenannte In the production of lithium-ion battery cells is the so-called
Formierungsprozess besonders wichtig. Während eines Formierungsprozesses wird zum einen jede einzelne Batteriezelle aktiviert und zum anderen soll über einen Voralterungsprozess eine definierte Ausbildung und Stabilisierung der Festelektrolytschicht (Solid Elektrolyte Interface SEI) erzielt werden. Diese Forming process particularly important. During a forming process, on the one hand, each individual battery cell is activated and, on the other hand, a defined formation and stabilization of the solid electrolyte layer (solid electrolyte interface SEI) is to be achieved via a pre-aging process. These
Korrosionsschicht, die sich bei Lithium-Ionen-Batterien auf der Anode ausbildet, bestimmt das Alterungsverhalten der Batteriezellen maßgeblich. Der Corrosion layer, which forms on lithium-ion batteries on the anode, determines the aging behavior of the battery cells significantly. Of the
Formierungs- und Voralterungsvorgang dauert bei heutigen Fertigungen von Zellen mit großen Zellenergien, beispielsweise von 60 Ah-Zellen, circa 10 bis 14 Tage. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei der Formierung von Forming and Voralterungsvorgang takes in today's manufacturing of cells with large cell energies, such as 60 Ah cells, about 10 to 14 days. From the prior art it is known in the formation of
Batteriezellen Formierungsvorrichtungen einzusetzen, die als Leistungsendstufen bezeichnet werden und deren Prinzipschaltbild in der Figur 1 dargestellt wird. In der Figur 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Use battery cells forming devices, which are referred to as power amplifiers and their schematic diagram is shown in Figure 1. In the figure 1 is known from the prior art
Formierungsvorrichtung beziehungsweise Leistungsendstufe oder Forming device or power output stage or
Formierendstufe 10 dargestellt, die mit einer Serienschaltung 20 mehrerer zu formierender Batteriezellen 21 einer Batterie verbunden ist. Dabei kann auch nur eine einzelne zu formierende Batteriezelle 21 vorhanden sein. Forming stage 10 shown, which is connected to a series circuit 20 of several battery cells to be formed 21 of a battery. In this case, only a single battery cell 21 to be formed may be present.
Die Formierungsvorrichtung 10 umfasst einen Gleichspannungszwischenkreis 50, in dem ein Zwischenkreiskondensator 60 angeordnet ist, der an einem Anschluss mit einem ersten Eingang 51 und einem ersten Ausgang 53 des Gleichspannungszwischenkreises 50 und an dem anderen Anschluss mit einem zweiten Eingang 52 und einem zweiten Ausgang 54 des The forming device 10 comprises a DC intermediate circuit 50, in which an intermediate circuit capacitor 60 is arranged, which at one terminal with a first input 51 and a first output 53 of the DC intermediate circuit 50 and at the other terminal with a second input 52 and a second output 54 of
Gleichspannungszwischenkreises 50 verbunden ist. DC intermediate circuit 50 is connected.
Die Formierungsvorrichtung 10 umfasst einen ersten Leistungshalbleiter (oberer Leistungshalbleiter in der Figur 1 ) 30 und einen zweiten LeistungshalbleiterForming device 10 comprises a first power semiconductor (upper power semiconductor in FIG. 1) 30 and a second power semiconductor
(unterer Leistungshalbleiter in der Figur 1 ) 40, die in Reihe miteinander verschaltet sind. (lower power semiconductor in the figure 1) 40, which are connected in series with each other.
Parallel zu dem ersten Leistungshalbleiter 30 ist eine Diode 31 geschaltet, deren Sperrrichtung in die Durchlassrichtung des ersten Leistungshalbleiters 30 verläuft. Der erste Leistungshalbleiter 30 ist an einem Anschluss mit dem zweiten Leistungshalbleiter 40 und an seinem anderen Anschluss mit einem ersten Ausgang 53 des Gleichspannungszwischenkreises 50 verbunden. Parallel to the first power semiconductor 30, a diode 31 is connected, the reverse direction extends in the forward direction of the first power semiconductor 30. The first power semiconductor 30 is connected at one terminal to the second power semiconductor 40 and at its other terminal to a first output 53 of the DC intermediate circuit 50.
Die zwei Anschlüsse der Batteriezellenserienschaltung 20 sind jeweils mit einem Anschluss des zweiten Leistungshalbleiters 40 verbunden. Parallel zu dem zweiten Leistungshalbleiter 30 ist eine Diode 41 geschaltet, deren Sperrrichtung in die Durchlassrichtung des zweiten Leistungshalbleiters 40 verläuft. Der zweite Leistungshalbleiter 40 ist an einem Anschluss ferner mit dem ersten The two terminals of the battery cell series circuit 20 are each connected to a terminal of the second power semiconductor 40. Parallel to the second power semiconductor 30, a diode 41 is connected, the reverse direction extends in the forward direction of the second power semiconductor 40. The second power semiconductor 40 is further connected to the first one terminal
Leistungshalbleiter 30, dessen Durchlassrichtung in die Durchlassrichtung des Leistungshalbleiters 40 verläuft, verbunden. Der zweite Leistungshalbleiter 40 ist an seinem anderen Anschluss, der nicht mit dem ersten Power semiconductor 30, whose forward direction extends in the forward direction of the power semiconductor 40, connected. The second power semiconductor 40 is at its other terminal, which is not the first
Leistungshalbleiterschalter 30 verbunden ist, mit dem zweiten Ausgang 54 des Gleichspannungszwischenkreises 50 verbunden. Mittels eines Versorgungsnetzes kann elektrische Energie in den Power semiconductor switch 30 is connected to the second output 54 of the DC intermediate circuit 50. By means of a supply network, electrical energy in the
Gleichspannungszwischenkreis 20 eingespeist werden, die dann für die DC intermediate circuit 20 are fed, which then for the
Formierung der Batteriezellen 21 der Batteriezellenserienschaltung 20 Forming the battery cells 21 of the battery cell series circuit 20th
bereitgestellt wird. provided.
Die Leistungsendstufe (Formierendstufe) 10 basiert auf dem Einsatz der zwei jeweils im linearen Betrieb arbeitenden Leistungshalbleiter 30, 40. Der in der Figur 1 dargestellte erste Leistungshalbleiter 30 wird für Ladeströme aktiviert. Der zweite Leistungshalbleiter 40 wird für Entladeströme aktiviert. Da die The power output stage (shaping output stage) 10 is based on the use of the two power semiconductors 30, 40 which each operate in linear operation. The first power semiconductor 30 shown in FIG. 1 is activated for charging currents. The second power semiconductor 40 is activated for discharge currents. Because the
Leistungshalbleiter 30, 40 im aktiven Bereich arbeiten, entsteht eine erheblichePower semiconductors 30, 40 work in the active area, creates a significant
Verlustwärme, die mit aufwändigen Maßnahmen zur Kühlung der Loss of heat, which with costly measures to cool the
Leistungselektronik abgeführt werden muss. Bei Entladevorgängen der mindestens einen Batteriezelle 21 kann die elektrische Energie nicht in das Versorgungsnetz zurückgespeist werden und wird daher bei dem in der Figur 1 dargestellten Konzept für die Formierendstufe 10 komplett in Verlustwärme umgewandelt. Ein wesentlicher Vorteil der heute eingesetzten Formierendstufen ist der sehr glatte Verlauf der Lade- und Entladeströme. Bei der Formierung der Batteriezellen 21 kann mit der in der Figur 1 dargestellten Formierendstufe 10 entweder eine einzelne Batteriezelle 21 oder bei entsprechender Auslegung der maximalen Ausgangsspannung der Formierendstufe können auch mehrerePower electronics must be dissipated. During discharging operations of the at least one battery cell 21, the electrical energy can not be fed back into the supply network and is therefore completely converted into waste heat in the concept for the forming stage 10 shown in FIG. An essential advantage of the forming stages used today is the very smooth course of the charging and discharging currents. When forming the battery cells 21, with the forming stage 10 shown in FIG. 1, either a single battery cell 21 or with a corresponding design of the maximum output voltage of the forming stage can also be several
Batteriezellen 21 in Serienschaltung gleichzeitig formiert werden. Battery cells 21 are formed in series connection simultaneously.
Weiterhin ist aus der DE 10 2010 027 854 A1 eine Einrichtung zur Furthermore, from DE 10 2010 027 854 A1 a device for
wechselweisen Auf- und Entladung von Akkumulatoren bekannt, die alternating charging and discharging of accumulators known
Energiequellen zur Bereitstellung eines Ladestroms für mindestens einen aufzuladenden Akkumulator, mindestens eine Energiesenke, welcher der Entladestrom mindestens eines zu entladenden Akkumulators zuführbar ist, und eine Steuereinheit zur Steuerung der Lade- und Entladevorgänge umfasst. Dabei handelt sich bei der Energiesenke oder den Energiesenken um aufzuladende Akkumulatoren, wobei die Akkumulatoren der Einrichtung mittels einer durch dieEnergy sources for providing a charging current for at least one accumulator to be charged, at least one energy sink, to which the discharge current of at least one accumulator to be discharged can be fed, and a control unit for controlling the charging and discharging operations. In this case, the energy sink or the energy sinks to be recharged batteries, the accumulators of the device by means of a through the
Steuereinrichtung gesteuerten Lade- und Entladeeinheit im Wechsel als Control device controlled charging and discharging unit alternately as
Energiequelle und Energiesenke betrieben werden. Hierfür umfasst die Lade- und Entladeeinheit einen Spannungswandler, über welchen von einem als Energiequelle arbeitenden Akkumulator eine Ausgangsspannung bereitgestellt wird, welche die Nennspannung des oder der jeweils durch ihn aufzuladenden, als Energiesenke arbeitenden Akkumulatoren übersteigt. Die beim wechselnden Auf- und Entladen der Akkumulatoren auftretenden Energieverluste werden, gesteuert von der Steuereinheit, mittels der netzgekoppelten Energiequelle kompensiert. Energy source and energy sink are operated. For this purpose, the charging and discharging unit comprises a voltage converter, via which an output voltage is provided by a working as an energy source accumulator, the nominal voltage of or each charged by him, exceeds the energy sink operating batteries. The energy losses occurring during the alternating charging and discharging of the accumulators are compensated, controlled by the control unit, by means of the grid-connected energy source.
Des Weiteren ist aus demselben Dokument bekannt, dass mehrere Lade- und Entladeeinheiten in einer die Lade- und Entladeeinheiten aufnehmenden Furthermore, it is known from the same document that a plurality of loading and unloading units in one receiving the loading and unloading units
Verbundeinheit zusammengefasst sein können, und dass sich die Einrichtung für die wechselweise Auf- und Entladung im Rahmen einer Formierung von And that the device for the alternate loading and unloading in the context of a formation of
Akkumulatoren eignet. Accumulators is suitable.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Formierungsvorrichtung bereitgestellt, die dazu ausgebildet ist, zur Formierung mindestens einer Batteriezelle einer Batterie Formierungsströme zu einer Aktivierung elektrochemischer Prozessen in die Batteriezelle einzuprägen. Dabei umfasst die Formierungsvorrichtung einen bidirektionalen Multiphasen-Gleichspannungswandler, wobei der According to the invention, a forming device is provided, which is designed to impress formation currents for the formation of at least one battery cell of a battery into an activation of electrochemical processes in the battery cell. In this case, the forming device comprises a bidirectional multiphase DC-DC converter, wherein the
Multiphasen-Gleichspannungswandler eine derartig hohe Anzahl von miteinander parallel verbindbaren bidirektionalen Gleichspannungswandlern, insbesondere von bidirektionalen Tiefsetzstellern, umfasst und die Formierungsvorrichtung weiter dazu ausgebildet ist, die Gleichspannungswandler derartig jeweils zu takten, dass mittels der Formierungsvorrichtung Formierungsströme, die jeweils einen gewünschten Stromverlauf aufweisen, erzeugbar und in die Batteriezelle einprägbar sind. Die Formierungsströme können dabei blockförmige Multiphase DC-DC converter such a high number of mutually connectable bidirectional DC-DC converters, in particular of bidirectional Tiefsetzstellern includes, and the forming device is further configured to clock the DC-DC converter in such a way that by means of the forming device forming currents, each having a desired current profile, generated and can be imprinted in the battery cell. The Formierungsströme can be block-shaped
Formierungsströme umfassen, die jeweils einen Stromrippel aufweisen, dessen Größe beziehungsweise Amplitude einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, und während mindestens eines vorgegebenen Ladevorganges und mindestens eines vorgegebenen Entladevorganges in die Batteriezelle einzuprägen sind. Auch können die Formierungsströme Wechselströme umfassen, die jeweils eine Stromänderungsgeschwindigkeit aufweisen, die einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und die in die Batteriezelle, insbesondere zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie der Batteriezelle, einzuprägen sind. Unter Stromrippel kann die Restwelligkeit bzw. im Falle von Gleichstrom der überlagerte Wechselstromanteil verstanden werden. Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Formierung mindestens einer Batteriezelle einer Batterie bereitgestellt, bei dem Formierungsströme zu einer Aktivierung elektrochemischer Prozesse mittels einer Formierungsvorrichtung in die Batteriezelle eingeprägt werden. Dabei werden mittels eines in der Forming streams include, each having a current ripple whose size or amplitude falls below a predetermined threshold, and are to be impressed during at least one predetermined charging operation and at least one predetermined discharge in the battery cell. The forming currents may also comprise alternating currents which each have a current change rate which exceeds a predetermined threshold value and which are to be impressed into the battery cell, in particular for carrying out an impedance spectroscopy of the battery cell. Under current ripple can be understood the residual ripple or in the case of direct current superimposed alternating current component. According to the invention, a method is also provided for forming at least one battery cell of a battery, in which forming currents for activating electrochemical processes by means of a forming device are impressed into the battery cell. It will be by means of a in the
Formierungsvorrichtung angeordneten Multiphasen-Gleichspannungswandlers, der eine geeignete Anzahl von parallel miteinander verbundenen bidirektionalen Gleichspannungswandlern, insbesondere bidirektionale Tiefsetzsteller, die geeignet getaktet werden, umfasst, Formierungsströme erzeugt, die jeweils einen gewünschten Stromverlauf aufweisen, und die in die Batteriezelle eingeprägt werden. Dabei können die Formierungsströme als blockförmige  Forming device arranged multi-phase DC-DC converter, which comprises a suitable number of parallel connected bi-directional DC-DC converters, in particular bidirectional buck converter, which are suitably clocked, generates forming currents, each having a desired current profile, and which are impressed in the battery cell. The forming streams may be block-shaped
Formierungsströme, die jeweils einen Stromrippel aufweisen, der einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, erzeugt und während mindestens eines vorgegebenen Ladevorganges und mindestens eines vorgegebenen Entladevorganges in die Batteriezelle eingeprägt werden. Auch können dieForming currents, each having a current ripple, which falls below a predetermined threshold, generated and impressed during at least one predetermined charging operation and at least one predetermined discharge in the battery cell. Also, the
Formierungsströme als Wechselströme, die jeweils eine Forming currents as alternating currents, each one
Stromänderungsgeschwindigkeit aufweisen, die einen vorbestimmten Have current rate of change, which is a predetermined
Schwellenwert überschreiten, erzeugt und in die Batteriezelle eingeprägt werden, insbesondere zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie der Batteriezelle. Threshold exceed generated and impressed in the battery cell, in particular for performing an impedance spectroscopy of the battery cell.
Mittels der Verwendung eines erfindungsgemäßen By means of the use of an inventive
Multiphasen-Gleichspannungswandlers, der eine geeignete Anzahl von bidirektionalen Gleichspannungswandlern umfasst, die bevorzugt jeweils als Tiefsetzsteller ausgebildet sind, wird bei geeigneter Taktung der Multiphase DC-DC converter, which comprises a suitable number of bidirectional DC-DC converters, which are preferably each formed as a buck converter, is the clock with the appropriate timing
Gleichspannungswandler eine Formierungsvorrichtung mit einem gegenüber dem Stand der Technik deutlich aufgeweiteten Dynamikbereich realisiert. DC converter realized a forming device with a relation to the prior art significantly expanded dynamic range.
Dadurch können zum einen die blockförmigen Ströme bei der Formierung mit einem Stromrippel von geringer Amplitude beziehungsweise mit einem geringen Wechselanteil dargestellt werden und zum anderen kann die maximal mögliche Stromänderungsgeschwindigkeit erhöht werden. Wegen der höheren Dynamik, die aufgrund des aufgeweiteten Dynamikbereichs ermöglicht wird, kann die erfindungsgemäße Formierungsvorrichtung Wechselströme mit hochfrequenten sinusförmigen Stromverläufen zu deutlich höheren Frequenzen hin realisieren. Dadurch wird es insbesondere ermöglicht, Impedanzspektroskopien bis hin zu sehr hohen Frequenzen durchzuführen. Bei einer besonderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße Formierungsvorrichtung weiter dazu ausgebildet, die As a result, on the one hand, the block-shaped currents can be represented during formation with a current ripple of low amplitude or with a small alternating component, and on the other hand, the maximum possible rate of change of current can be increased. Because of the higher dynamics, which is made possible due to the expanded dynamic range, the inventive forming device can realize alternating currents with high-frequency sinusoidal current waveforms at much higher frequencies. This makes it possible in particular to perform impedance spectroscopy up to very high frequencies. In a particular advantageous embodiment of the invention, the forming device according to the invention is further adapted to the
Gleichspannungswandler jeweils mittels eines einzelnen zentralen Taktes zu takten und/oder die Gleichspannungswandler jeweils gegeneinander versetzt zu takten. Auch kann die erfindungsgemäße Formierungsvorrichtung dazu ausgebildet sein, die Gleichspannungswandler jeweils mittels einer To clock DC-DC converter in each case by means of a single central clock and / or to clock the DC-DC converter offset from each other. Also, the forming device according to the invention can be designed to each of the DC-DC converter by means of a
Pulsweitenmodulation zu takten und/oder die Gleichspannungswandler jeweils mittels einer Pulsweitenmodulation, die für alle Gleichspannungswandler dieselbe Impulsperiodendauer aufweist, um eine vorbestimmte Zeit Pulse width modulation to clock and / or the DC-DC converter in each case by means of a pulse width modulation, which has the same pulse period duration for all DC voltage converter, by a predetermined time
gegeneinander versetzt zu takten. Insbesondere beträgt die vorbestimmte Zeit nur einen Bruchteil der Impulsperiodendauer, der sich durch die Teilung der Impulsperiodendauer durch die Anzahl der Gleichspannungswandler ergibt. Bei einer weiteren besonders bevorzugten Formierungsvorrichtung umfassen dieto offset against each other. In particular, the predetermined time is only a fraction of the pulse period duration resulting from the division of the pulse period by the number of DC-DC converters. In a further particularly preferred forming device include
Gleichspannungswandler jeweils eine Glättungsdrossel. Insbesondere weist jede Glättungsdrossel eine Induktivität auf, deren Größe einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. Mit anderen Worten, der bidirektionale Multiphasen-Gleichspannungswandler ist bevorzugt als bidirektionaler Multiphasen-Tiefsetzsteller ausgebildet, der aus zwei oder mehreren parallel geschalteten Tiefsetzstellern aufgebaut ist. Diese Tiefsetzsteller werden sinnvollerweise über einen zentralen Takt und mit einer um 1/n der Impulsperiodendauer versetzt realisierten Pulsweitenmodulation betrieben, wobei n die Anzahl der im bidirektionalen Multiphasen-Tiefsetzsteller vorhandenen Tiefsetzsteller ist. Dadurch gelingt es, eine sehr gute Glättung der Ausgangsströme der Formierungsvorrichtung auch beim Einsatz von Drosseln mit sehr kleinen Induktivitäten zu erzielen und eine sehr hohe Dynamik, das heißt, sehr hohe Stromänderungsgeschwindigkeiten der Ausgangsströme der Formierungsvorrichtung, zu realisieren. DC-DC converter one smoothing choke each. In particular, each smoothing inductor has an inductance whose magnitude falls below a predetermined threshold value. In other words, the bidirectional multiphase DC-DC converter is preferably designed as a bidirectional multiphase buck converter, which is composed of two or more buck-boosters connected in parallel. These buck converters are expediently operated via a central clock and with a pulse width modulation realized offset by 1 / n of the pulse period duration, where n is the number of buck converters present in the bidirectional multiphase buck converter. This makes it possible to achieve a very good smoothing of the output currents of the forming device even when using chokes with very small inductances and a very high dynamics, that is, to realize very high rates of change of the output currents of the forming device.
Je höher die Anzahl der versetzt getakteten Tiefsetzsteller ist, desto höhere Anforderungen können an die Stromänderungsgeschwindigkeiten bei gleichzeitigem Realisieren von Gleichströmen mit sehr geringen The higher the number of skewed buck converters, the higher the demands on the rates of current change while realizing very low DC currents
beziehungsweise sehr kleinen Stromrippeln gestellt werden. Allerdings steigt der Aufwand für die Realisierung des Multiphasen-Wandlers mit zunehmender Anzahl der Tiefsetzsteller an, so dass in Abhängigkeit von den Anforderungen, die an die Dynamik und die Genauigkeit der Formierungsvorrichtungen gestellt werden, ein Optimum des diesbezüglichen Realisierungsaufwands im Bereich von zwei bis sechs Phasen erreicht wird. or very small current ripples are made. However, the rising Effort for the realization of the multi-phase converter with increasing number of buck converters, so that, depending on the demands placed on the dynamics and the accuracy of the forming devices, an optimum of the relevant implementation effort in the range of two to six phases is achieved.
Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen die Gleichspannungswandler jeweils einen ersten Leistungshalbleiter, insbesondere einen ersten MOSFET-Transistor, und einen zweiten Leistungshalbleiter, insbesondere einen zweiten MOSFET-Transistor. Dabei ist die In a very advantageous embodiment of the invention, the DC-DC converters each comprise a first power semiconductor, in particular a first MOSFET transistor, and a second power semiconductor, in particular a second MOSFET transistor. It is the
Formierungsvorrichtung dazu ausgebildet, die blockförmigen Formierungsströme während des Ladevorganges mittels der ersten Leistungshalbleiter und während des Entladevorganges mittels der zweiten Leistungshalbleiter zu leiten und in die Batteriezelle einzuprägen. Forming device designed to guide the block-shaped forming currents during the charging process by means of the first power semiconductors and during the discharging process by means of the second power semiconductors and impress in the battery cell.
Vorzugsweise ist die Formierungsvorrichtung weiter dazu ausgebildet, die Leistungshalbleiter derartig anzusteuern, dass die Leistungshalbleiter während der Erzeugung der Formierungsströme im Schaltbetrieb arbeiten und die während des Entladevorganges der Batteriezelle entnommene elektrische Energie in ein Versorgungsnetz zur Versorgung der Batteriezelle zurückgespeist wird. Preferably, the forming device is further configured to control the power semiconductors such that the power semiconductors operate during the generation of the forming currents in switching operation and the electrical energy removed during the discharging process of the battery cell is fed back into a supply network for supplying the battery cell.
Dadurch, dass die Leistungshalbleiter der Formierungsvorrichtung im Because the power semiconductors of the forming device in
Schaltbetrieb arbeiten, reduziert sich die in der Formierungsendstufe Switching operation, the reduced in the Formierungsendstufe
entstehende Verlustleistung erheblich. Das gilt insbesondere für hohe Lade- und Entladeströme. Die Formierungsendstufe wird ohne nennenswerten considerable power loss. This applies in particular to high charging and discharging currents. The final stage is without significant
Zusatzaufwand rückspeisefähig ausgelegt. Dadurch kann die elektrische Additional effort designed to be regenerative. This allows the electrical
Energie, die bei den Entladevorgängen der zu formierenden Batteriezellen entnommen wird, in das Versorgungsnetz zurückgespeist werden. Energy that is taken during the discharging of the battery cells to be formed, are fed back into the supply network.
Ferner kann die erfindungsgemäße Formierungsvorrichtung einen Furthermore, the forming device according to the invention a
Gleichspannungszwischenkreis und eine Einspeiseeinrichtung zur Einspeisung von elektrischer Energie in den Gleichspannungszwischenkreis umfassen, wobei der Multiphasen-Gleichspannungswandler eingangsseitig mit dem Gleichspannungszwischenkreis und ausgangsseitig mit der Batteriezelle verbindbar ist. Dabei ist die Einspeiseeinrichtung rückspeisefähig ausgelegt. DC intermediate circuit and a feed device for feeding electrical energy into the DC intermediate circuit, wherein the multi-phase DC-DC converter on the input side with the DC voltage intermediate circuit and the output side can be connected to the battery cell. The feed device is designed to be regenerative.
Somit werden erfindungsgemäß insbesondere rückspeisefähige Thus, according to the invention in particular regenerative
Formierungsvorrichtungen bei der Formierung von Batteriezellen eingesetzt, deren Leistungsschalter oder Leistungshalbleiter im Schaltbetrieb arbeiten. Forming devices used in the formation of battery cells, the circuit breaker or power semiconductors operate in the switching mode.
Dadurch kann die Verlustleistung in solchen Formierendstufen massiv reduziert werden und die Energie, die bei den Entladevorgängen während der Formierung und Voralterung entsteht und herkömmlich bislang in Verlustwärme umgewandelt wird, ins Versorgungsnetz zurückgespeist werden. Ferner können mittels der erfindungsgemäßen Formierungsvorrichtungen hochfrequente Ströme in die zu formierenden Batteriezellen eingeprägt werden, um zum Beispiel As a result, the power loss in such Formative stages can be massively reduced and the energy that is generated during the discharging during formation and burn-in and conventionally has been converted into heat loss, fed back into the grid. Furthermore, high-frequency currents can be impressed into the battery cells to be formed by means of the forming devices according to the invention, for example
Impedanzspektroskopien durchführen zu können. Erfindungsgemäß wird insbesondere eine rückspeisefähige Leistungselektronik für To perform impedance spectroscopy. According to the invention, in particular a regenerative power electronics for
Formierungsendstufen bereitgestellt, welche zum einen hohe Anforderungen an die Dynamik der Ausgangsströme der Formierungsendstufen und gleichzeitig hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Ausgangsströme der Formierungsendstufen provided, which on the one hand high demands on the dynamics of the output currents of the Formierungsendstufen and at the same time high demands on the accuracy of the output currents of
Formierungsvorrichtung realisiert. Die hohen Anforderungen an die Dynamik beruhen auf der Notwendigkeit, Ausgangsströme, insbesondere sinusförmige Ausgangsströme, die hohe Stromänderungsgeschwindigkeiten beziehungsweise hohe Maximalfrequenzen aufweisen, zu erzeugen. Die hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Ausgangsströme, wie beispielsweise der blockförmigen Ströme während der Formierung von Batteriezellen, beruhen insbesondere auf der Notwendigkeit, Ausgangsströme mit keinen Wechselanteilen bei konstanten Stromsollwertewegen zu erzeugen. Forming device realized. The high demands on the dynamics are based on the need to produce output currents, in particular sinusoidal output currents which have high rates of current change or high maximum frequencies. The high demands on the accuracy of the output currents, such as the block-shaped currents during the formation of battery cells, in particular based on the need to produce output currents with no alternating components at constant current set value paths.
Erfindungsgemäß werden eine Formierungsvorrichtung und ein Verfahren zur Formierung mindestens einer Batteriezelle, insbesondere einer According to the invention, a forming device and a method for forming at least one battery cell, in particular one
Lithium-Ionen-Batterie bereitgestellt. Lithium ion battery provided.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ferner eine Batterie zur Verfügung gestellt, die mit der erfindungsgemäßen Formierungsvorrichtung ausgestattet ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Batterie, die mit der erfindungsgemäßen Formierungsvorrichtung zur Formierung mindestens einer Batteriezelle der Batterie formiert wurde. According to one aspect of the invention, a battery is also provided, which is equipped with the forming device according to the invention. Another aspect of the invention relates to a vehicle with a battery that has been formed with the forming device according to the invention for forming at least one battery cell of the battery.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.
Zeichnungen drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:
Figur 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Formierungsvorrichtung, und Figure 1 is a known from the prior art forming device, and
Figur 2 eine Formierungsvorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Formierungsvorrichtung einen bidirektionalen Figure 2 shows a forming device according to a preferred embodiment of the invention, wherein the forming device is a bidirectional
Multiphasen-Tiefsetzsteller umfasst. Includes multiphase buck converter.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Figur 2 zeigt eine Formierungsvorrichtung 10 nach einer bevorzugten FIG. 2 shows a forming device 10 according to a preferred embodiment
Ausführungsform der Erfindung. Embodiment of the invention.
Die Formierungsvorrichtung 10 ist mit einer Serienschaltung 20 mehrerer zu formierender Batteriezellen 21 einer Batterie verbunden. Dabei kann auch eine einzelne zu formierende Batteriezelle 21 vorhanden sein. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine einzige Batteriezelle, mit dem Bezugszeichen 21 versehen, angeordnet. The forming device 10 is connected to a series circuit 20 of a plurality of battery cells 21 to be formed of a battery. In this case, a single battery cell 21 to be formed may also be present. To simplify the illustration, only a single battery cell, provided with the reference numeral 21, was arranged.
Die Formierungsvorrichtung 10 umfasst auch einen The forming device 10 also includes a
Gleichspannungszwischenkreis 50, in dem ein Zwischenkreiskondensator 60 angeordnet ist, der an einem Anschluss mit einem ersten Eingang 51 und einem ersten Ausgang 53 des Gleichspannungszwischenkreises 50 und an dem anderen Anschluss mit einem zweiten Eingang 52 und einem zweiten Ausgang 54 des Gleichspannungszwischenkreises 50 verbunden ist. Die Formierungsvorrichtung 10 umfasst ferner einen bidirektionalen DC intermediate circuit 50, in which an intermediate circuit capacitor 60 is arranged, which is connected at one terminal to a first input 51 and a first output 53 of the DC intermediate circuit 50 and at the other terminal to a second input 52 and a second output 54 of the DC intermediate circuit 50. The forming device 10 further comprises a bidirectional
Multiphasen-Tiefsetzsteller 1 1 , der eingangsseitig mit den Ausgängen 53, 54 des Gleichspannungszwischenkreises 50 und ausgangsseitig mit den Anschlüssen der Batteriezellenserienschaltung 20 verbunden ist. Multiphase buck converter 1 1, the input side to the outputs 53, 54 of the DC intermediate circuit 50 and the output side connected to the terminals of the battery cell series circuit 20.
Der Multiphasen-Tiefsetzsteller 1 1 ist aus einer vorbestimmten Anzahl n von parallel miteinander geschalteten bidirektionalen Tiefsetzstellern ausgebildet. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden in der Figur 2 nur der erste Tiefsetzsteller 12 und der n-te und letzte Tiefsetzsteller 13 eingezeichnet und mit The multi-phase step-down converter 1 1 is formed of a predetermined number n of bidirectional step-down converters connected in parallel with each other. To simplify the illustration, only the first step-down converter 12 and the nth and last step-down converter 13 have been drawn in FIG
Bezugszeichen versehen. Die drei horizontal eingezeichneten Punkte und die drei vertikal eingezeichneten Punkte symbolisieren die sonstigen, nicht eingezeichneten und in dem Multiphasen-Tiefsetzsteller 1 1 angeordneten Tiefsetzsteller.  Provided with reference numerals. The three horizontally drawn points and the three vertically drawn points symbolize the other, not shown and arranged in the multi-phase buck converter 1 1 buck converter.
Die Tiefsetzsteller 12, 13 umfassen jeweils einen ersten Leistungshalbleiter (obere Leistungshalbleiter in der Figur 2) 30, 35 und einen zweiten The buck converters 12, 13 each comprise a first power semiconductor (upper power semiconductors in FIG. 2) 30, 35 and a second power semiconductor
Leistungshalbleiter (untere Leistungshalbleiter in der Figur 2) 40, 45. Der erste Leistungshalbleiter 30, 35 eines jeden Tiefsetzstellers 12, 13 ist jeweils mit dem entsprechenden zweiten Leistungshalbleiter 40, 45 desselben Tiefsetzstellers 12,Power semiconductors (lower power semiconductors in FIG. 2) 40, 45. The first power semiconductors 30, 35 of each buck converter 12, 13 are each connected to the corresponding second power semiconductors 40, 45 of the same buck converter 12,
13 in Reihe geschaltet. 13 connected in series.
Parallel zu den ersten Leistungshalbleitern 30, 35 ist jeweils eine Diode 31 , 36 geschaltet, deren Sperrrichtung in Durchlassrichtung des entsprechenden ersten Leistungshalbleiters 30, 35 verläuft. Der erste Leistungshalbleiter 30, 35 eines jeden Tiefsetzstellers 12, 13 ist an einem Anschluss jeweils mit dem Parallel to the first power semiconductors 30, 35 is in each case a diode 31, 36 connected, the reverse direction in the forward direction of the corresponding first power semiconductor 30, 35 extends. The first power semiconductor 30, 35 of each buck converter 12, 13 is connected to a terminal in each case with the
entsprechenden zweiten Leistungshalbleiter 40, 45 desselben Tiefsetzstellers 12, 13 und an seinem anderen Anschluss jeweils mit dem ersten Ausgang 53 des Gleichspannungszwischenkreises 50 verbunden. corresponding second power semiconductor 40, 45 of the same buck converter 12, 13 and connected at its other terminal respectively to the first output 53 of the DC intermediate circuit 50.
Parallel zu den zweiten Leistungshalbleitern 40, 45 ist jeweils eine Diode 41 , 46 geschaltet, deren Sperrrichtung in Durchlassrichtung des entsprechenden zweiten Leistungshalbleiters 40, 45 verläuft. Der zweite Leistungshalbleiter 40, 45 eines jeden Tiefsetzstellers 12, 13 ist an einem Anschluss jeweils mit dem entsprechenden ersten Leistungshalbleiter 30, 35 desselben Tiefsetzstellers 12, 13 und jeweils über eine in demselben Tiefsetzsteller 12, 13 angeordnete Glättungsdrossel 70, 71 mit einem ersten Anschluss 22 der Parallel to the second power semiconductors 40, 45 is in each case a diode 41, 46 connected, the reverse direction in the forward direction of the corresponding second power semiconductor 40, 45 runs. The second power semiconductor 40, 45 of each buck converter 12, 13 is connected to one terminal in each case with the corresponding first power semiconductor 30, 35 of the same buck converter 12, 13 and in each case via a in the same buck converter 12, 13 arranged smoothing inductor 70, 71 with a first terminal 22 of the
Batteriezellenserienschaltung 20 verbunden. Die Durchlassrichtungen der ersten Leistungshalbleiter 30, 35 und der zweiten Leistungshalbleiter 40, 45 verlaufen immer entlang derselben Richtung. Der zweite Leistungshalbleiter 40, 45 eines jeden Tiefsetzstellers 12, 13 ist an seinem anderen Anschluss, der nicht mit dem entsprechenden ersten Leistungshalbleiterschalter 30, 35 desselben Battery cell series circuit 20 connected. The transmission directions of the first power semiconductors 30, 35 and the second power semiconductors 40, 45 always run along the same direction. The second power semiconductor 40, 45 of each buck converter 12, 13 is at its other terminal which is not connected to the corresponding first power semiconductor switch 30, 35 thereof
Tiefsetzstellers 12, 13 verbunden ist, jeweils mit dem zweiten Ausgang 54 des Gleichspannungszwischenkreises 50 und mit einem zweiten Anschluss 23 der Batteriezellenserienschaltung 20 verbunden. Bucket converter 12, 13 is connected, in each case with the second output 54 of the DC intermediate circuit 50 and with a second terminal 23 of the battery cell series circuit 20.
In dem Stromfluss der Glättungsdrossel 70, 71 eines jeden Tiefsetzstellers ist jeweils ein Stromsensor 90, 91 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, den durch die entsprechende Glättungsdrossel 70, 71 fließenden Strom zu messen. A current sensor 90, 91, which is designed to measure the current flowing through the corresponding smoothing choke 70, 71, is in each case arranged in the current flow of the smoothing choke 70, 71 of each buck converter.
Die Anschlüsse 22, 23 der zu formierenden Batteriezellenreihenschaltung 20 sind jeweils über eine Sendeleitung mit einer Spannungserfassungsvorrichtung 100 verbunden. Zwischen den Eingängen 51 , 52 des Gleichspannungszwischenkreises 50 ist eine mit einem Versorgungsnetz (nicht dargestellt) verbindbare The terminals 22, 23 of the battery cell series circuit 20 to be formed are each connected to a voltage detection device 100 via a transmission line. Between the inputs 51, 52 of the DC intermediate circuit 50 is one with a supply network (not shown) connectable
Einspeiseeinrichtung 80 angeschlossen, mittels der elektrische Energie von dem Versorgungsnetz in den Gleichspannungszwischenkreis 50 eingespeist und für die Formierung der Batteriezellen 21 der Batteriezellenserienschaltung 20 bereitgestellt werden kann. Feed device 80 is connected, can be fed by means of the electrical energy from the supply network in the DC intermediate circuit 50 and provided for the formation of the battery cells 21 of the battery cell series circuit 20.
Alle eingesetzten Leistungsschalter (ein- und ausschaltbare Halbleiterventile) 30, 35, 40, 45 arbeiten während der Formierung der Batteriezellen 21 All circuit breakers used (semiconductor valves which can be switched on and off) 30, 35, 40, 45 operate during the formation of the battery cells 21
beziehungsweise während der Einprägung von Formierungsströmen in die Batteriezellen 21 im Schaltbetrieb, und die Einspeiseeinrichtung 80 ist rückspeisefähig ausgelegt. Die ersten Leistungshalbleiter 30, 35 werden jeweils für Ladeströme, die zweiten Leistungshalbleiter 40, 45 für Entladeströme eingesetzt. Dadurch wird während der Formierung der Batteriezellen 21 beziehungsweise während der Einprägung von Formierungsströmen in die Batteriezellen 21 die Entstehung von Verlustwärme vermieden und die elektrische Energie, die während der Entladevorgänge der Batteriezellen 21 entnommen wird, wird in die Einspeiseeinrichtung 80 zurückgespeist. or during the injection of forming currents into the battery cells 21 in the switching operation, and the feed device 80 is designed to be capable of regenerative feedback. The first power semiconductors 30, 35 are each used for charging currents, the second power semiconductors 40, 45 for discharging currents. As a result, during the formation of the battery cells 21 or during the injection of forming currents into the battery cells 21, the generation of heat loss is avoided and the Electric energy taken out during the discharging operations of the battery cells 21 is fed back to the feeder 80.
Figur 2 zeigt eine Formierendstufe 10 mit einer Multiphasen-Architektur FIG. 2 shows a forming stage 10 with a multi-phase architecture
(Multiphasen-Tiefsetzsteller) 1 1 , bei der die Leistungshalbleiter 30, 35, 40, 45 jeweils im geschalteten Betrieb arbeiten. Die Formierendstufe 10 ist derartig ausgebildet, dass sie geeignet ist für die Energierückspeisung in das (Multiphase buck converter) 1 1, in which the power semiconductors 30, 35, 40, 45 each operate in the switched mode. The forming stage 10 is designed to be suitable for energy recovery in the
Versorgungsnetz zur Versorgung der Batteriezellen mit elektrischer Energie, für die Einprägung von hochgenauen Gleichströmen in die Batteriezellen 21 , und für die Realisierung von Ausgangsströmen mit einem hohen Dynamikbereich. Supply network for supplying the battery cells with electrical energy, for the injection of high-precision direct currents into the battery cells 21, and for the realization of output currents with a high dynamic range.
Aus dem Stand der Technik sind zwar solche Formierendstufen für From the prior art, although such Formierendstufen for
Batteriezellen, insbesondere für Lithium-Ionen-Batteriezellen, bekannt, die so ausgelegt werden, dass sie blockförmige Strom- beziehungsweise Battery cells, in particular for lithium-ion battery cells, known which are designed so that they block-shaped current or
Spannungsprofile, die abschnittsweise konstant sind, für das Laden und dasStress profiles, which are constant in sections, for the loading and the
Entladen der Batteriezellen realisieren können. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Formierendstufen werden jedoch derzeit nicht so ausgelegt, dass sie hochfrequente Strom- und Spannungsprofile bis in den Bereich mehrerer 10 KHz Grundfrequenz realisieren können. Unload the battery cells can realize. However, these known from the prior art forming stages are currently not designed so that they can realize high-frequency current and voltage profiles up to the range of several 10 KHz fundamental frequency.
Mittels der erfindungsgemäßen Formierendstufen, insbesondere mittels der Formierendstufen 10 nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, werden Strom- und Spannungsprofile bis in den Bereich mehrerer 10 KHz Grundfrequenz ohne großen Zusatzaufwand mittels des Einsatzes geeigneter Schaltungstopologien, Ansteuerschaltungen für die Leistungshalbleiter 30, 35,By means of the forming stages according to the invention, in particular by means of the forming stages 10 according to the preferred embodiment of the invention, current and voltage profiles up to the range of several 10 KHz fundamental frequency without much additional effort by the use of suitable circuit topologies, drive circuits for the power semiconductors 30, 35,
40, 45 sowie geeigneter Signalelektronik 90, 91 ,100 zur Erfassung der Istwerte der Batteriezellspannungen und der Batteriezellströme realisiert. 40, 45 and suitable signal electronics 90, 91, 100 realized for detecting the actual values of the battery cell voltages and the battery cell currents.
Die Formierendstufen 10 nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind jeweils dazu ausgebildet, mittels einer Multiphasen-Architektur 1 1 einenThe forming stages 10 according to the preferred embodiment of the invention are each adapted to be formed by a multi-phase architecture 11
Zwei-Quadrantenbetrieb zu realisieren. Die Leistungshalbleiter 30, 35, 40, 45 arbeiten dabei, im Gegensatz zum Stand der Technik, im geschalteten Betrieb. Dadurch kann die Verlustleistung in den Halbleiterschalter 30, 35, 40, 45 massiv reduziert werden und die Formierendstufen 10 können in einfacher Weise rückspeisefähig ausgelegt werden, das heißt, dass die bei Entladevorgängen der zu formierenden Batteriezellen 21 entstehende elektrische Energie in das Versorgungsnetz zurückgespeist wird. Dazu muss die Einspeiseeinrichtung 80 für die Versorgung des Gleichspannungszwischenkreises 50 rückspeisefähig ausgelegt werden. To realize two-quadrant operation. The power semiconductors 30, 35, 40, 45 work, in contrast to the prior art, in the switched mode. As a result, the power loss in the semiconductor switch 30, 35, 40, 45 can be massively reduced and the forming stages 10 can be designed to be capable of regenerative energy in a simple manner, that is, that during discharging the to be formed battery cells 21 resulting electrical energy is fed back into the supply network. For this purpose, the feed device 80 for the supply of the DC intermediate circuit 50 must be designed to be regenerative.
Das in der Figur 2 dargestellte Schaltungskonzept basiert auf dem Einsatz des bidirektionalen Multiphasen-Tiefsetzstellers 1 1 , der aus zwei oder mehreren parallel geschalteten Tiefsetzstellern 12, 13 aufgebaut ist. Diese Tiefsetzsteller 12, 13 werden sinnvollerweise über einen zentralen Takt und mit einer um 1/n der Impulsperiodendauer versetzt realisierten Pulsweitenmodulation betrieben, wobei n, wie oben schon erwähnt worden ist, die Anzahl der im bidirektionalen Multiphasen-Tiefsetzsteller 1 1 vorhandenen Tiefsetzsteller 12, 13 ist. Dadurch können mittels der Formierungsvorrichtung 10, auch beim Einsatz von Drosseln 70, 71 mit sehr kleinen Induktivitäten, blockförmige Ströme mit einem sehr glatten Verlauf erzeugt und zur Formierung der Batteriezellen in diese zu formierenden Batteriezellen 21 eingeprägt werden. Dadurch wird gleichzeitig auch eine sehr hohe Dynamik der Formierungsvorrichtung 10 realisiert, das heißt, dass mittels der Formierungsvorrichtung 10 Formierungsströme mit sehr hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten erzeugt und in die Batteriezellen 21 , insbesondere zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie der Batteriezellen 21 , eingeprägt werden können. The circuit concept shown in FIG. 2 is based on the use of the bidirectional multiphase buck converter 1 1, which is constructed from two or more buck converters 12, 13 connected in parallel. These step-down converters 12, 13 are expediently operated via a central clock and with pulse width modulation realized offset by 1 / n of the pulse period duration, where n, as already mentioned above, is the number of step-down converters 12, 13 present in the bidirectional multiphase step-down converter 11 is. As a result, by means of the forming device 10, even with the use of chokes 70, 71 with very small inductances, block-shaped currents can be generated with a very smooth profile and stamped into these battery cells 21 to be formed for forming the battery cells. As a result, a very high dynamics of the forming device 10 is realized at the same time, that is, 10 forming currents generated by the forming device with very high rates of change in current and in the battery cells 21, in particular for performing impedance spectroscopy of the battery cells 21, can be embossed.
Je höher die Anzahl der versetzt getakteten Tiefsetzsteller 12, 13 ist, desto höhere Anforderungen können an die Stromänderungsgeschwindigkeiten der in die Batteriezellen 21 einzuprägenden hochfrequenten Formierungsströme gestellt werden, bei gleichzeitiger Realisierung von blockförmigen The higher the number of staggered clocked buck converters 12, 13, the higher the demands can be placed on the current change rates of the high-frequency forming currents to be impressed into the battery cells 21, while at the same time realizing block-shaped currents
Formierungsströmen mit sehr glattem Verlauf, die in die Batteriezellen 21 zu deren Formierung einzuprägen sind. Dabei steigt der Aufwand für die Forming streams with a very smooth course, which are to be embossed in the battery cells 21 for their formation. The effort for the
Realisierung des bidirektionalen Multiphasen-Tiefsetzstellers 1 1 mit Realization of the bidirectional multiphase buck converter 1 1 with
zunehmender Anzahl der eingesetzten Tiefsetzsteller 12, 13. Je nach den Anforderungen, die an die Dynamik und an die Genauigkeit der increasing number of buck converters 12, 13. Depending on the requirements of the dynamics and accuracy of the
Formierungsvorrichtungen 10 gestellt werden, wird ein Optimum des Forming devices 10 are provided, an optimum of
Realisierungsaufwands bei einem Multiphasen-Tiefsetzsteller 1 1 erreicht, der zwei bis sechs parallel geschaltete Tiefsetzsteller 12, 13 umfasst. Alle in der Formierungsvorrichtung 10 eingesetzten Leistungshalbleiter 30, 35, 40, 45 sind bevorzugt MOSFET-Transistoren, da diese aufgrund der geringen Ausgangsspannung der Formierungsvorrichtung 10 für den hier vorliegenden Anwendungsfall besonders geeignet sind. MOSFET-Transistoren können typischerweise ohne Schwierigkeiten hochfrequent getaktet werden. Realisierungsaufwands achieved in a multi-phase buck converter 1 1, the two to six parallel buck converters 12, 13 comprises. All of the power semiconductors 30, 35, 40, 45 used in the forming device 10 are preferably MOSFET transistors, since these are particularly suitable for the present application due to the low output voltage of the forming device 10. Typically, MOSFET transistors can be clocked at high frequency without difficulty.

Claims

Ansprüche claims
1 . Formierungsvorrichtung (10), die dazu ausgebildet ist, zur Formierung 1 . Forming device (10) adapted to form
mindestens einer Batteriezelle (21 ) einer Batterie Formierungsströme zur Aktivierung elektrochemischer Prozesse in die Batteriezelle (21 )  at least one battery cell (21) of a battery forming currents for activating electrochemical processes in the battery cell (21)
einzuprägen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formierungsvorrichtung (10) einen bidirektionalen Multiphasen-Gleichspannungswandler (1 1 ) umfasst, wobei der Multiphasen-Gleichspannungswandler (1 1 ) eine derartig hohe Anzahl (n) von miteinander parallel verbindbaren bidirektionalen Gleichspannungswandlern (12, 13), insbesondere von bidirektionalen inculcate, characterized in that the forming device (10) comprises a bidirectional multiphase DC-DC converter (1 1), wherein the multiphase DC-DC converter (1 1) such a high number (n) of bidirectional DC-DC converters (12, 13) connectable in parallel, especially bidirectional
Tiefsetzstellern (12, 13), umfasst und die Formierungsvorrichtung (10) weiter dazu ausgebildet ist, die Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils derartig zu takten, dass mittels der Formierungsvorrichtung (10) blockförmige Formierungsströme, die jeweils einen Stromrippel aufweisen, der einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, während mindestens eines vorgegebenen Ladevorganges und mindestens eines vorgegebenen Entladevorganges erzeugbar und in die Batteriezelle (21 ) einprägbar sind und/oder Formierungsströme, die Wechselströme, die jeweils eine Bucket converters (12, 13), and the forming device (10) is further adapted to clock the DC-DC converter (12, 13) respectively such that by means of the forming device (10) block-shaped forming currents, each having a current ripple, the one predetermined Threshold falls below, during at least one predetermined charging and at least one predetermined discharging generated and in the battery cell (21) can be imprinted and / or forming currents, the alternating currents, each one
Stromänderungsgeschwindigkeit aufweisen, die einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten, umfassen, erzeugbar und in die Batteriezelle Current flow rate exceeding a predetermined threshold include, can be generated and in the battery cell
(21 ), insbesondere zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie der Batteriezelle (21 ), einprägbar sind. (21), in particular for carrying out an impedance spectroscopy of the battery cell (21) can be imprinted.
2. Formierungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die 2. Forming device (10) according to claim 1, wherein the
Formierungsvorrichtung (10) weiter dazu ausgebildet ist, die  Forming device (10) is further adapted to the
Gleichspannungswandler (12, 13) mittels eines einzelnen zentralen Taktes jeweils zu takten und/oder die Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils gegeneinander versetzt zu takten und/oder die Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils mittels einer Pulsweitenmodulation zu takten und/oder die Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils mittels einer Pulsweitenmodulation, die für alle Gleichspannungswandler (12, 13) dieselbe Impulsperiodendauer aufweist, um eine vorbestimmte Zeit jeweils gegeneinander versetzt zu takten, wobei die vorbestimmte Zeit insbesondere einen Bruchteil der Impulsperiodendauer beträgt, der sich durch die Teilung der Impulsperiodendauer durch die Anzahl (n) der Gleichspannungswandler ergibt. DC-DC converter (12, 13) by means of a single central clock in each case to clock and / or the DC-DC converter (12, 13) clocked offset against each other and / or to clock the DC-DC converter (12, 13) each by means of a pulse width modulation and / or the DC-DC converter (12, 13) each by means of a Pulse width modulation, which has the same pulse period for all DC-DC converters (12, 13) to offset each other offset from each other for a predetermined time, wherein the predetermined time is in particular a fraction of the pulse period, by dividing the pulse period by the number (n) of DC-DC converter results.
Formierungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils eine Glättungsdrossel (70, 71 ) umfassen, wobei jede Glättungsdrossel (70, 71 ) insbesondere eine Forming device (10) according to one of claims 1 or 2, wherein the DC-DC converter (12, 13) each comprise a smoothing choke (70, 71), wherein each smoothing choke (70, 71) in particular a
Induktivität, deren Höhe einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, aufweist. Inductance whose height is below a predetermined threshold, has.
Formierungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils einen ersten Forming device (10) according to one of the preceding claims, wherein the DC-DC converter (12, 13) each have a first
Leistungshalbleiter (30, 35), insbesondere einen ersten MOSFET-Transistor, und einen zweiten Leistungshalbleiter (40, 45), insbesondere einen zweiten MOSFET-Transistor, umfassen, wobei die Formierungsvorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, die blockförmigen Formierungsströme während des Power semiconductor (30, 35), in particular a first MOSFET transistor, and a second power semiconductor (40, 45), in particular a second MOSFET transistor, wherein the forming device (10) is adapted to the block-shaped forming currents during the
Ladevorganges mittels der ersten Leistungshalbleiter (30, 35) und während des Entladevorganges mittels der zweiten Leistungshalbleiter (40, 45) zu leiten und in die Batteriezelle (21 ) einzuprägen. Charging process by means of the first power semiconductors (30, 35) and during the discharge process by means of the second power semiconductors (40, 45) to guide and impress in the battery cell (21).
Formierungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die Forming device (10) according to claim 4, wherein the
Formierungsvorrichtung (10) weiter dazu ausgebildet ist, die Forming device (10) is further adapted to the
Leistungshalbleiter (30, 35, 40, 45) derartig anzusteuern, dass die Power semiconductor (30, 35, 40, 45) to control such that the
Leistungshalbleiter (30, 35, 40, 45) während der Erzeugung der Power semiconductors (30, 35, 40, 45) during generation of the
Formierungsströme im Schaltbetrieb arbeiten, und die während des Forming currents in the switching mode work, and during the
Entladevorganges der Batteriezelle (21 ) entnommene elektrische Energie in ein Versorgungsnetz zur Versorgung der Batteriezelle (21 ) zurückzuspeisen. Discharging the battery cell (21) taken electrical energy back into a supply network for supplying the battery cell (21).
Verfahren zur Formierung mindestens einer Batteriezelle (21 ) einer Batterie, bei dem Formierungsströme zu einer Aktivierung elektrochemischer Method for forming at least one battery cell (21) of a battery, wherein the forming currents for activation electrochemical
Prozesse mittels einer Formierungsvorrichtung (10) in die Batteriezelle (21 ) eingeprägt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines in der Formierungsvorrichtung (10) angeordneten Processes are embossed by means of a forming device (10) in the battery cell (21), characterized in that by means of a in the Forming device (10) arranged
Multiphasen-Gleichspannungswandlers (1 1 ), der eine geeignete Anzahl (n) von parallel miteinander verbundenen bidirektionalen  Multiphase DC-DC converter (1 1), containing a suitable number (n) of bidirectional connected in parallel
Gleichspannungswandlern (1 1 ), wie bidirektionale Tiefsetzsteller (1 1 ), die geeignet getaktet werden, umfasst, blockförmige Formierungsströme, die jeweils einen Stromrippel aufweisen, der einen vorbestimmten DC-DC converters (1 1), such as bi-directional buck converters (1 1), which are suitably clocked, comprise block-shaped forming currents each having a current ripple that is predetermined
Schwellenwert unterschreitet, während mindestens eines vorgegebenen Ladevorganges und mindestens eines vorgegebenen Entladevorganges erzeugt und in die Batteriezelle (21 ) eingeprägt werden und/oder Threshold falls below, generated during at least one predetermined charging process and at least one predetermined discharge and imprinted in the battery cell (21) and / or
Formierungsströme, die Wechselströme, die jeweils eine Forming currents, the alternating currents, each one
Stromänderungsgeschwindigkeit aufweisen, die einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten, umfassen, erzeugt und in die Batteriezelle (21 ), insbesondere zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie der Batteriezelle (21 ), eingeprägt werden. Have current rate of change, which exceed a predetermined threshold, include, generated and in the battery cell (21), in particular for carrying out an impedance spectroscopy of the battery cell (21) are impressed.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die die Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils mittels eines einzelnen zentralen Taktes getaktet werden und/oder die Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils gegeneinander versetzt getaktet werden und/oder die Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils mittels einer Pulsweitenmodulation getaktet werden und/oder die Method according to claim 6, wherein the DC / DC converters (12, 13) are each clocked by means of a single central clock and / or the DC / DC converters (12, 13) are clocked offset from each other and / or the DC / DC converters (12, 13) each by means of a Pulse width modulation are clocked and / or the
Gleichspannungswandler (12, 13) jeweils mittels einer DC-DC converter (12, 13) each by means of a
Pulsweitenmodulation, die für alle Gleichspannungswandler (12, 13) dieselbe Impulsperiodendauer aufweist, um eine vorbestimmte Zeit jeweils gegeneinander versetzt getaktet werden, wobei die vorbestimmte Zeit insbesondere einen Bruchteil der Impulsperiodendauer beträgt, der sich durch die Teilung der Impulsperiodendauer durch die Anzahl (n) der Gleichspannungswandler (12, 13) ergibt. Pulse width modulation, which has the same pulse period for all DC-DC converters (12, 13) to be clocked against each other for a predetermined time, wherein the predetermined time is in particular a fraction of the pulse period, divided by the division of the pulse period by the number (n) of DC-DC converter (12, 13) results.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei bidirektionale The method of claim 6 or 7, wherein bidirectional
Gleichspannungswandler (12, 13) verwendet werden, die jeweils einen ersten Leistungshalbleiter (30, 35) und einem zweiten Leistungshalbleiter (40, 45), insbesondere mit einem ersten und einem zweiten DC-DC converter (12, 13) are used, each having a first power semiconductor (30, 35) and a second power semiconductor (40, 45), in particular with a first and a second
MOSFET-Transistor, umfassen, und wobei die blockförmigen MOSFET transistor, include, and wherein the block-shaped
Formierungsströme mittels der geeignet angeordneten ersten Forming streams by means of the suitably arranged first
Leistungshalbleiter (30, 35) während des Ladevorganges und mittels der geeignet angeordneten zweiten Leistungshalbleiter (40, 45) während des Entladevorganges geleitet und in die Batteriezelle (21 ) eingeprägt werden. Power semiconductor (30, 35) during the charging process and by means of suitably arranged second power semiconductors (40, 45) are guided during the discharging process and impressed in the battery cell (21).
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Formierungsströme mittels der Formierungsvorrichtung (10), deren Leistungshalbleiter (30, 35, 40, 45) im Schaltbetrieb arbeiten, erzeugt werden und die während des Entladevorganges der Batteriezelle (21 ) entnommene elektrische Energie in ein Versorgungsnetz zur Versorgung der Batteriezelle (21 ) zurückgespeist wird. Method according to one of Claims 6 to 8, wherein the shaping currents are generated by means of the forming device (10) whose power semiconductors (30, 35, 40, 45) operate in the switching mode, and the electrical energy removed during the discharging process of the battery cell (21) a supply network for supplying the battery cell (21) is fed back.
Batterie, die eine Formierungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Formierung mindestens einer Batteriezelle (21 ) der Batterie aufweist. Battery having a forming device (10) according to one of claims 1 to 5 for forming at least one battery cell (21) of the battery.
1 1 . Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 10, wobei die Batterie in einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. 1 1. Motor vehicle with a battery according to claim 10, wherein the battery is arranged in a drive system of the motor vehicle.
PCT/EP2013/065081 2012-08-09 2013-07-17 Forming device with a multiphase architecture, and corresponding method for forming battery cells of a battery WO2014023543A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012214119.7A DE102012214119A1 (en) 2012-08-09 2012-08-09 Forming device with multiphase architecture and associated method for forming battery cells of a battery
DE102012214119.7 2012-08-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014023543A1 true WO2014023543A1 (en) 2014-02-13

Family

ID=48808335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/065081 WO2014023543A1 (en) 2012-08-09 2013-07-17 Forming device with a multiphase architecture, and corresponding method for forming battery cells of a battery

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012214119A1 (en)
WO (1) WO2014023543A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021005544A1 (en) 2021-11-09 2021-12-23 Daimler Ag Process for the aging of single battery cells after formation
CN114497780A (en) * 2022-02-14 2022-05-13 广州小鹏汽车科技有限公司 Formation method of lithium ion battery cell

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104753133A (en) * 2015-03-06 2015-07-01 深圳市巨兆数码有限公司 Honeycomb intelligent power storing and supplying system
DE102015205228A1 (en) 2015-03-23 2016-09-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. METHOD FOR DETERMINING A REFERENCE ENERGY PROFILE AND DEVICE FOR FORMING A BATTERY
DE102015211110A1 (en) 2015-06-17 2016-12-22 Robert Bosch Gmbh Active material for a cathode of a battery cell, cathode and battery cell
DE102015217747A1 (en) 2015-09-16 2017-03-16 Robert Bosch Gmbh Active material for a positive electrode of a battery cell, postitive electrode and battery cell
DE102015217749A1 (en) 2015-09-16 2017-03-16 Robert Bosch Gmbh Coated cathode active material for a battery cell
DE102015217743A1 (en) 2015-09-16 2017-03-16 Robert Bosch Gmbh Active material for a positive electrode of a battery cell, positive electrode and battery cell
DE102015217745A1 (en) 2015-09-16 2017-03-16 Robert Bosch Gmbh Active material for a positive electrode of a battery cell, positive electrode and battery cell
DE102016223246A1 (en) 2016-11-24 2018-05-24 Robert Bosch Gmbh Active material for a positive electrode of a battery cell, positive electrode and battery cell

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09233710A (en) * 1996-02-26 1997-09-05 Sansha Electric Mfg Co Ltd Charger and discharger for transformation of storage battery
US20020122973A1 (en) * 2001-03-02 2002-09-05 Delphi Technologies, Inc. Method of preparation of lithium battery
US20100237694A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Vehicle mounted converter
DE102009035466A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Daimler Ag Method for forming e.g. lithium-ion single cells, in battery that is utilized in e.g. hybrid drive vehicle, involves electrically serially and/or parallelly connecting single cells in cell assembly, and cooling cells by cooling device
DE102010027854A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Fuelcon Ag Device for alternately charging and discharging battery utilized in e.g. electronic device, has net-coupled power supply carrying out compensation of energy losses emerging during charging and discharging batteries
EP2424069A2 (en) * 2010-08-26 2012-02-29 AVL List GmbH Assembly for forming lithium-ion cells

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09233710A (en) * 1996-02-26 1997-09-05 Sansha Electric Mfg Co Ltd Charger and discharger for transformation of storage battery
US20020122973A1 (en) * 2001-03-02 2002-09-05 Delphi Technologies, Inc. Method of preparation of lithium battery
US20100237694A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Vehicle mounted converter
DE102009035466A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Daimler Ag Method for forming e.g. lithium-ion single cells, in battery that is utilized in e.g. hybrid drive vehicle, involves electrically serially and/or parallelly connecting single cells in cell assembly, and cooling cells by cooling device
DE102010027854A1 (en) 2010-04-16 2011-10-20 Fuelcon Ag Device for alternately charging and discharging battery utilized in e.g. electronic device, has net-coupled power supply carrying out compensation of energy losses emerging during charging and discharging batteries
EP2424069A2 (en) * 2010-08-26 2012-02-29 AVL List GmbH Assembly for forming lithium-ion cells

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021005544A1 (en) 2021-11-09 2021-12-23 Daimler Ag Process for the aging of single battery cells after formation
CN114497780A (en) * 2022-02-14 2022-05-13 广州小鹏汽车科技有限公司 Formation method of lithium ion battery cell

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012214119A1 (en) 2014-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014023543A1 (en) Forming device with a multiphase architecture, and corresponding method for forming battery cells of a battery
EP2385909B1 (en) Method for controlling a power supply device having a power inverter
EP2721685B1 (en) Battery system and method for providing an intermediate voltage
WO2013091951A2 (en) System and device for charging the energy storage cells of an energy storage device
WO2013143805A2 (en) Battery system, motor vehicle having a battery system, and method for starting up a battery system
DE102012205395A1 (en) Battery system, method for charging battery modules, and method for balancing battery modules
DE112007002117T5 (en) Converter control device
EP2664485A2 (en) Method for operating a battery system, battery system and motor vehicle
DE102004031393A1 (en) DC-DC converter and method for converting a DC voltage
DE102012009219A1 (en) Battery module for electrical power system in motor vehicle, has primary and secondary battery cells whose positive pole and negative pole are switched to respective inputs of switching elements through corresponding shift elements
DE112009004843T5 (en) Power supply system
WO2012126835A2 (en) Charging device for a high-voltage battery
DE102015225574A1 (en) Method and device for charging a battery
DE102017215295A1 (en) Device for electropolishing an energy store having at least one lithium-ion cell, charger, method for operating the charger
WO2014023542A1 (en) Forming apparatus and method for forming battery cells of a battery
DE102017221621A1 (en) Device for redundant power supply of at least one consumer of a motor vehicle from a vehicle electrical system, electrical system and motor vehicle
WO2017125347A1 (en) Improved energy storage arrangement comprising multiple energy stores
DE102021209389B3 (en) Electrical system for a motor vehicle and motor vehicle
DE102014212930B3 (en) Device for providing an electrical voltage and drive arrangement and method
DE102018221969A1 (en) Charging circuit and vehicle electrical system with charging circuit
DE102018209464A1 (en) Emergency energy storage for a vehicle
DE102013209383A1 (en) Battery with at least one battery string with several battery modules and method for controlling a battery voltage
DE102010042718A1 (en) Method for controlling a battery with variable output voltage
EP3541650B1 (en) Hybrid energy storage system
DE102019202173A1 (en) Circuit arrangement for providing energy for a vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13739411

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13739411

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1