(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  電解液をしみ込ませたまたはしみ込ませることの可能な少なくとも１つのポリマを含む電解質を備えた少なくとも１つのリチウムセル（１００）と、
−  少なくとも１つの電解液調量装置（１４）とを有するバッテリシステム（１０）において、
前記電解液調量装置（１４）により、前記リチウムセル（１００）の動作時に、前記電解液の少なくとも１つの電解液成分を前記リチウムセル（１００）に付加的に供給可能および／または前記リチウムセル（１００）から排出可能であって、
前記電解液調量装置（１４）は、容積が可動壁（１４ｂ）によって変更可能な少なくとも１つの電解液成分リザーバ（１４ａ）を有し、
前記バッテリシステム（１０）は、制御装置を有し、
前記制御装置は、前記電解液調量装置（１４）の前記可動壁（１４ｂ）のストロークを、セル電圧、セル電流、セル内部抵抗、セル内部温度およびこれらの組み合わせを含むグループから選択される少なくとも１つの測定パラメタに依存して制御する、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記電解液調量装置（１４）により、前記リチウムセル（１００）における前記少なくとも１つの電解液成分の量を制御可能である、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項３】
請求項２に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記リチウムセル（１００）における前記電解液の量を前記電解液調量装置（１４）によって制御可能である、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項４】
請求項２または３に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記量を前記電解液調量装置（１４）によって自動的に制御可能である、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記リチウムセル（１００）は、アノード（１１）と、カソード（１２）と、前記アノード（１１）および前記カソード（１２）の間に配置されたセパレータ（１３）とを有しており、
前記少なくとも１つの電解液成分を供給および／または排出するための１つまたは複数のインタフェースが前記セパレータ（１３）の領域に形成されている、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項６】
請求項５に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記電解液を供給および／または排出するための１つまたは複数のインタフェースが前記セパレータ（１３）の領域に形成されている、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記電解液調量装置（１４）は、前記電解液成分リザーバに前記少なくとも１つの電解液成分を充填するため、および／または、前記少なくとも１つの電解液成分を前記電解液成分リザーバから除去するための少なくとも１つのインタフェースを有する、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項８】
請求項７に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記電解液調量装置（１４）は、前記電解液成分リザーバに前記電解液を充填するため、および／または、前記電解液を前記電解液成分リザーバから除去するための少なくとも１つのインタフェースを有する、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記バッテリシステムには、セル電圧測定装置（１６）、セル電流測定装置（１７）、セル内部抵抗測定装置、セル内部温度測定装置（１５）またはこれらの組み合わせを含むグループから選択される少なくとも１つの測定装置（１５，１６，１７）が含まれる、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記制御装置は、
−  前記セル内部抵抗が、あらかじめ定めた境界値よりも高い場合に前記電解液調量装置（１４）を駆動制御して、前記リチウムセル（１００）に前記電解液を供給し、および／または
−  前記セル内部抵抗が、あらかじめ定めた境界値よりも低い場合に前記電解液調量装置（１４）を駆動制御して、前記リチウムセル（１００）から前記電解液を排出し、および／または
−  前記セル内部抵抗が、あらかじめ定めた境界値に等しい場合に前記電解液調量装置（１４）を駆動制御して、前記リチウムセル（１００）に前記電解液を供給しないようにまたは排出しないようにする、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記供給すべき電解液の量ないしは前記排出すべき電解液の量は、前記セル内部抵抗と、前記あらかじめ定めた境界値との間の差分に比例し、および／または、
前記電解液調量装置（１４）の前記可動壁（１４ｂ）の前記位置は、前記セル内部抵抗と、前記あらかじめ定めた境界値との間の差分に比例して変更可能である、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項１２】
請求項１から９までのいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記制御装置は、
大きい方の境界値および小さい方の境界値の２つの境界値をあらかじめ定めた場合において、
−  前記セル内部抵抗が、前記大きい方の境界値よりも高い場合に前記電解液調量装置（１４）を駆動制御して、前記リチウムセル（１００）に電解液を供給し、および／または
−  前記セル内部抵抗が、前記小さい方の境界値よりも低い場合に前記電解液調量装置（１４）を駆動制御して、前記リチウムセル（１００）から電解液を排出し、および／または
−  前記セル内部抵抗が、前記小さい方の境界値から前記大きい方の境界値までに亘る領域内にある場合に前記電解液調量装置（１４）を駆動制御して、前記リチウムセル（１００）に前記電解液を供給しないようにまたは前記リチウムセル（１００）から排出しないようにする、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項１３】
請求項１２に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記供給すべき電解液の量ないしは前記排出すべき電解液の量は、前記セル内部抵抗と、前記大きい方の境界値ないしは前記小さい方の境界値のうちの対応する境界値との間の差分に比例し、および／または、
前記電解液調量装置（１４）の前記可動壁（１４ｂ）の前記位置は、前記セル内部抵抗と、前記大きい方の境界値または前記小さい方の境界値のうちの対応する境界値との間の差分に比例して変更可能である、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項１４】
請求項１０から１３までのいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）において、
前記セル内部抵抗は、前記リチウムセル動作時のセル内部温度におけるセル内部抵抗である、
ことを特徴とするバッテリシステム（１０）。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）用のリチウムセル（１００）であって、
アノード（１１）、カソード（１２）、前記アノード（１１）と前記カソード（１２）との間に配置されるセパレータ（１３）、および、電解質を有するリチウムセル（１００）において、
前記電解質には、電解液をしみ込ませたまたはしみ込ませることが可能な少なくとも１つのポリマが含まれており、
前記リチウムセル（１００）の動作時に、前記セパレータ（１３）の領域に少なくとも１つの電解液成分を付加的に供給し、および／または、前記セパレータ（１３）の領域から前記少なくとも１つの電解液成分を排出するための１つまたは複数のインタフェースが構成されている、
ことを特徴とするリチウムセル（１００）。
【請求項１６】
請求項１５に記載のリチウムセル（１００）において、
前記セパレータ（１３）の領域に電解液を供給し、および／または、前記セパレータ（１３）の領域から前記電解液を排出するための前記１つまたは複数のインタフェースが構成されている、
ことを特徴とするリチウムセル（１００）。
【請求項１７】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）用の、または、請求項１５または１６に記載のリチウムセル（１００）用の電解液調量装置において、
該電解液調量装置には、少なくとも１つの電解液成分リザーバ（１４ａ）が含まれおり、
前記電解液成分リザーバ（１４ａ）は、当該電解液成分リザーバ（１４ａ）の容積を変化させるための可動壁（１４ｂ）を有しており、
前記電解液調量装置（１４）にはさらに、制御装置が含まれており、
前記制御装置は、前記電解液調量装置（１４）の前記可動壁（１４ｂ）のストロークを、セル電圧、セル電流、セル内部抵抗、セル内部温度およびこれらの組み合わせを含むグループから選択される少なくとも１つの測定パラメタに依存して制御するように構成されている、
ことを特徴とする電解液調量装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電解液調量装置において、
前記電解液調量装置（１４）にはさらに、セル電圧測定装置（１６）、セル電流測定装置（１７）、セル内部抵抗測定装置、セル内部温度測定装置（１５）またはこれらの組み合わせを含むグループから選択される少なくとも１つの測定装置（１５，１６，１７）、および／または、前記少なくとも１つの測定装置（１５，１６，１７）を接続するための少なくとも１つのインタフェースが含まれている、
ことを特徴とする電解液調量装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の電解液調量装置において、
前記電解液調量装置（１４）は、前記電解液成分リザーバ（１４ａ）に前記少なくとも１つの電解液成分を充填するため、および／または、前記電解液成分リザーバ（１４ａ）から前記少なくとも１つの電解液成分を除去するための少なくとも１つのインタフェースを有する、
ことを特徴とする電解液調量装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電解液調量装置において、
前記電解液調量装置（１４）は、前記電解液成分リザーバ（１４ａ）に前記電解液を充填するため、および／または、前記電解液成分リザーバ（１４ａ）から前記電解液を除去するための少なくとも１つのインタフェースを有する、
ことを特徴とする電解液調量装置。
【請求項２１】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）を、または、請求項１５または１６に記載のリチウムセル（１００）を動作させるための方法において、
該方法は、
ａ）  リチウムセル（１００）のセル内部抵抗を求めるステップと、
ｂ）  求めた前記セル内部抵抗が、あらかじめ定めた境界値よりも高いか否か、または、前記あらかじめ定めた境界値をよりも低いか否かを求めるステップと、
ｃ）  求めた前記内部セル抵抗が、前記あらかじめ定めた境界値よりも高い場合に前記リチウムセル（１００）に電解液を供給するか、
または
求めた前記内部セル抵抗が、前記あらかじめ定め境界値よりも低い場合に前記リチウムセル（１００）から前記電解液を除去するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）を、または、請求項１５または１６に記載のリチウムセル（１００）を動作させるための方法において、
該方法は、
大きい方の境界値および小さい方の境界値の２つの境界値をあらかじめ定めた場合において、
ａ）  リチウムセル（１００）のセル内部抵抗を求めるステップと、
ｂ）  求めた前記セル内部抵抗が、前記大きい方の境界値よりも高いか否か、または、前記小さい方の境界値よりも低いか否かを求めるステップと、
ｃ）  求めた前記内部セル抵抗が、前記大きい方の境界値よりも高い場合に前記リチウムセル（１００）に電解液を供給するか、
または
求めた前記内部セル抵抗が、前記小さい方の境界値よりも低い場合に前記リチウムセル（１００）から前記電解液を除去するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の方法であって、
前記ステップａ）において、前記リチウムセル（１００）の前記セル内部抵抗および前記リチウムセル（１００）の温度を求め、
前記ステップｂ）及びステップｃ）において、用いる前記セル内部抵抗は、求めた前記温度におけるセル内部抵抗である、
ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
移動式または固定式システムにおいて、
請求項１から１４までのいずれか１項に記載のバッテリシステム（１０）、および／または、請求項１７から２０までのいずれか１項に記載の電解液調量装置（１４）、および／または、請求項１５または１６に記載のリチウムセルを含む、
ことを特徴とする移動式または固定式システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の移動式または固定式システムにおいて、
前記移動式または固定式システムは、車両、エネルギ蓄積装置または電動工具である、
ことを特徴とする移動式または固定式システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリシステム、電解液調量装置、リチウムセル、方法ならびに移動式または固定式システムに関する。
【０００２】
従来の技術
従来のリチウム（イオン）バッテリでは、有機溶媒および無機支持塩からなる混合物が電解液として使用される。
【０００３】
この１つの発展形態が、固体のポリマ電解質を有するリチウム（イオン）バッテリである。
【０００４】
この２つの電解質コンセプトの組み合わせも公知であり、これは、電解液をしみ込ませたポリマからなるゲル状の電解質を有する。
【０００５】
発明の開示
本発明が対象とするバッテリシステムであり、このバッテリシステムには、
−  殊にいわゆるゲル状の電解質ないしはゲル（ポリマ）電解質のような電解質を有する少なくとも１つのリチウムセルが含まれており、上記の電解質には、電解液をしみ込ませたまたはしみ込ませることが可能な少なくとも１つのポリマが、殊にいわゆるポリマ電解質が含まれており、
上記のバッテリシステムはさらに
−  少なくとも１つの電解液調量装置が含まれており、上記の電解液の少なくとも１つの成分は、上記の電解液調量装置によって上記のリチウムセルに供給可能である、および／またはこのリチウムセルから排出可能である。
【０００６】
リチウムセルとは、殊にリチウムを電気化学的に活性なセル成分として含む電池のことである。リチウムセルとは、アノード材料として金属のリチウムまたはリチウム合金も含むリチウムセルであり、またいわゆるリチウムイオンセルであると理解することができ、このリチウムイオンセルには、アノード材料として例えばグラファイトのようなインターカレーション材料が含まれており、このインターカレーション材料にはリチウムイオンを可逆的に出し入れすることができる。これは、インターカーションないしはデインターカレーションとも称される。
【０００７】
電解液の成分とは、例えば電解質溶媒、支持塩ならびに混合物、殊にこれらの溶液のことであると理解することができる。例えば、電解液は、１つまたは複数の電解質溶媒、殊に有機電解質溶媒と、１つまたは複数の支持塩を、例えばLiPF6を含むことができ、上記の有機電解質溶媒は、例えばカーボネートおよびエチルのグループから選択される。
【０００８】
本発明において上記の電解液調量装置は、電解液（全体）を調量するため、すなわち１つまたは複数の電解質溶媒と、１つまたは複数の支持塩とからなる混合物を調量するためにも、また１つまたは複数の電解質溶媒および／または１つまたは複数の支持塩を（別々に）調量するためにも共に設計することができる。
【０００９】
上記の電解液調量装置によって有利にも、上記のリチウムセルに付加的な電解質成分を、例えば電解液または電解質溶媒および／または支持塩の形態で供給することができ、ないしは、複数の電解質成分を、例えば電解液の形態で、上記のリチウムセルから除去し、ひいては上記のポリマにおいてこの電解液をいつでも計量ないしは調整して、その都度の適用および実際の動作状態に対してリチウムセルを最適に調整することができる。これによって有利にも、極めて異なる複数の適用において高い性能を達成することができ、これに加えて高い安全性を保証することができる。上記の電解液、例えば電解液量が、つねに実際の要求に適合されるかないしは低減できることによってさらに、寄生的な副反応も大きく低減することができる。ここでこの寄生的な副反応は、上記のような適合ないしは低減を行わなければ、場合によっては上記の電解液を使い果たし、この長期的にはリチウムセルを破壊し得るものであり、これが低減されることにより、リチウムセルの寿命を格段に延ばすことができる。さらに、経年変化による、場合によって温度による、リチウムセルにおける電解液の劣化を有利にも補償することができる。ここでこれは、例えば、上記の電解液調量装置によって電解液を再調量することによって行われ、これにより、経年変化による影響が大きく低減され、ひいては寿命も大きく延びるのである。
【００１０】
上記の電解液によって有利にも、電解質のイオン伝導度に影響が及ぼされる。上記の電解質のポリマ成分は有利にも高い温度耐性も有する。
【００１１】
１つの実施形態において上記のリチウムセルにおける少なくとも１つの電解液成分の量、殊に電解液の量は、殊に自動的に制御可能である。例えば、上記の電解質溶媒量および／または上記の支持塩量および／または上記のリチウムセルにおける電解質溶媒量は、上記の電解液調量装置により、殊に自動的に制御可能である。
【００１２】
別の実施形態において、上記のリチウムセルには、アノードと、カソードと、これらの間に配置されたセパレータとが含まれている。ここではこのセパレータに上記の電解質が含まれるかまたはこのセパレータをこの電解質から構成することが可能である。このセパレータの領域には、殊にこのセパレータの縁部の１つまたは複数の箇所には、少なくとも１つの電解液成分を、例えば電解液を、殊に上記の電解液調量装置によって供給するためにないしはこの電解液調量装置から排出するための、殊に１つまたは複数のインタフェースを形成することができる。
【００１３】
上記の電解液調量装置は、殊に１つまたは複数の液体管路によって上記のリチウムセルに接続されるかまたは接続することができる。
【００１４】
別の実施形態において、上記の電解液調量装置は、少なくとも１つの電解液成分リザーバを有しており、その容積は、可動壁によって変更可能である。ここで可動壁とは、例えば、注入器の場合に類似して、比較的硬い材料からなる可動の壁、殊にスライド可能な壁とすることが可能である。しかしながらここでは、この可動壁を伸縮性材料から構成して、上記の容積変化をこの伸縮性材料の延びの長さの変化によって生じさせることも可能である。例えば、電解液調量装置は２つまたはそれ以上の、殊につぎのような電解液成分リザーバを有することもできる。すなわち、これらの電解液成分リザーバのうちで、例えば１つの電解液成分リザーバは、電解液を貯蔵するために、および／または、１つの電解液成分リザーバは、電解質溶媒を貯蔵するために、および／または、１つの電解液成分リザーバは、支持塩を貯蔵するために設計することができる。
【００１５】
別の実施形態において、上記の電解液調量装置は、上記の電解液成分リザーバに少なくとも１つの電解液成分を、例えば電解液および／または電解質溶媒および／または支持塩を充填するため、および／または、少なくとも１つの電解液成分を、例えば電解液および／または電解質溶媒および／または支持塩を、上記の電解液成分リザーバから除去するための少なくとも１つのインタフェースを有する。これにより、上記の電解液成分リザーバに、新たな電解液および／または新たな電解質溶媒および／または新たな支持塩を用意することができる。さらにこれにより、例えば上記のリチウムセルないしはバッテリシステムのメンテナンス中に、リチウムセルにおける電解液を完全に交換するかないしは新たな電解液に置き換えるために上記の電解液調量装置を利用することもできる。これによって有利にも、リチウムセルの、ひいては上記のバッテリシステムの性能、寿命および安全性を高めることができる。
【００１６】
別の実施形態において、上記のバッテリシステムには少なくとも１つの測定装置が含まれている。殊にこの測定装置は、（セル）電圧測定装置、（セル）電流測定装置、（セル内部）抵抗測定装置、（セル内部）温度測定装置またはこれらの組み合わせを含むグループから選択される少なくとも１つの測定装置とすることが可能である。
【００１７】
上記の１つまたは複数の測定装置は、上記の電解液調量装置に組み込むかないしはこの電解液調量装置の構成部分とすることができる。しかしながら、上記の１つまたは複数の測定装置は、上記のバッテリシステムの、例えばバッテリ管理システムの別の目的に使用される測定装置とすることも可能である。
【００１８】
別の実施形態において、上記のバッテリシステムには制御装置が含まれている。この制御装置は殊に、少なくとも１つの測定パラメタに依存して、殊にセル電圧、セル電流、セル内部抵抗、温度およびこれらの組み合わせを含むグループから選択される少なくとも１つの測定パラメタに依存して、上記の電解液調量装置を開ループ制御ないしは閉ループ制御するために設計することができる。
【００１９】
上記の制御装置は、上記の電解液調量装置に組み込むかないしはこの電解液調量装置の構成部分とすることができる。しかしながら、上記の制御装置は、上記のバッテリシステムの、例えばバッテリ管理システムの別の目的に使用される制御装置とすることも可能である。
【００２０】
１つまたは複数の測定装置の測定パラメタを受信するため、上記の制御装置は、測定装置を信号技術的に接続するための少なくとも１つのインタフェースを有し得る。例えばこの制御装置は、（セル）電圧測定装置を信号技術的に接続するためのインタフェース、および／または、（セル）電流測定装置を信号技術的に接続するためのインタフェース、および／または、（セル内部）抵抗測定装置を信号技術的に接続するためのインタフェース、および／または、（セル内部）温度測定装置を信号技術的に接続するためのインタフェースを有し得る。
【００２１】
別の実施形態において、殊に実際温度において上記のセル内部抵抗が、あらかじめ定めた境界値よりも、殊に大きい方の境界値よりも高い場合、上記の制御装置は、上記の電解液調量装置を駆動制御して、上記のリチウムセルに電解液を供給する。
【００２２】
別の実施形態において、殊に実際温度において、上記のセル内部抵抗が、あらかじめ定めた境界値よりも、殊に小さい方の境界値よりも低い場合、上記の制御装置は、上記の電解液調量装置を駆動制御して、上記のリチウムセルから電解液を排出する。
【００２３】
別の実施形態において、殊に実際温度において、上記のセル内部抵抗が、上記のあらかじめ定めた境界値に等しいかまたは上記の小さい方の境界から大きい方の境界までに亘る領域内にある場合、上記の制御装置は電解液調量装置を駆動制御して、上記のリチウムセルにおいて電解液が供給または排出されないようにする。
【００２４】
上記のセル内部抵抗に対してただ１つの境界値が、例えばｘが設定される場合、例えば、ｘよりもセル内部抵抗が高い場合には電解液を供給することができ、ないしは、ｘよりもセル内部抵抗が低い場合にはこれを排出することができ、ないしは、セル内部抵抗がｘに等しい場合には電解液の供給および排出は行われない。
【００２５】
しかしながら許容範囲を設けることも可能である。これは、例えば、例えばｘoの大きい方の境界値を設定し、かつ、例えばｘuの小さい方の境界値を設定することによって行うことができる。ここでは、例えば、ｘoよりもセル内部抵抗が高い場合には電解液を供給し、ないしは、ｘuよりも内部抵抗が低い場合には電解液を排出し、ないしは、セル内部抵抗がｘu以下かつｘo以下の場合には電解液供給および電解液排出を行わないようにすることができる。
【００２６】
別の実施形態において、供給すべきないしは排出すべき電解液量は、上記のセル内部抵抗と、所定の境界値ないしは対応する境界値との間の差分に比例する。
【００２７】
別の実施形態において、上記の電解液調量装置の可動壁の位置ないしは延びの長さは、上記のセル内部抵抗と、所定の境界値ないしは対応する境界値との間の差分に比例する。
【００２８】
上記のバッテリシステムは、１つのリチウムセルも、２つまたはそれ以上のリチウムセルを含むことが可能である。このバッテリシステムが複数のリチウムセルを含む場合、このバッテリシステムは、例えば、すべてのリチウムセルに電解液を供給するために設計される１つの電解液調量装置も、例えば複数のリチウムセルの１つずつに電解液を供給するために設計される複数の電解液調量装置も共に含むことができる。上記のバッテリシステムが、複数のリチウムセルに電解液を供給するために設計されている電解液調量装置を含む場合、この電解液調量装置は、殊に電解液を供給すべきリチウムセル毎に、殊に自動的に制御可能な１つの弁を有し得る。殊にこの場合には上記のリチウムセルに流入する各液体管路部分に、殊に自動で制御可能な弁を組み込むことができる。これによって有利にも、１つまたは複数の所定のリチウムセルにおける電解液の量を制御することができ、その一方で、例えば最適な量の電解液がすでに含まれている別のリチウムセルでは電解液の量の維持することができるのである。
【００２９】
本発明によるバッテリシステムの別の特徴および利点については、後で説明する本発明による電解液調量装置、後で説明する本発明によるリチウムセル、後で説明する本発明による方法、後で説明する本発明による移動式または固定式システムに関する説明と、図および図の説明とを特に参照されたい。
【００３０】
本発明の別の対象は、リチウムセルまたはバッテリシステム用の、殊に本発明によるバッテリシステムまたは後で説明する本発明によるリチウムセル用の、および／または、後で説明する本発明による方法を実施するための電解液調量装置である。
【００３１】
殊にこの電解液調量装置には、電解液成分リザーバが含まれている。この電解液成分リザーバは殊に、電解液成分リザーバの容積を変化させるための可動壁を有することが可能である。この可動壁は、例えば、注入器の場合に類似して、比較的硬い材料からなる可動の壁、殊にスライド可能な壁とすることが可能である。しかしながらここでは、この可動壁を伸縮性材料から構成して、上記の容積変化をこの伸縮性材料の延びの長さの変化によって生じさせることも可能である。
【００３２】
さらに上記の電解液調量装置には、少なくとも１つの測定装置、および／または、少なくとも１つの測定装置を信号技術的に接続するための少なくとも１つのインタフェースが含まれ得る。殊にこの測定装置は、（セル）電圧測定装置、（セル）電流測定装置、（セル内部）抵抗測定装置、（セル内部）温度測定装置またはこれらの組み合わせを含むグループから選択される少なくとも１つの測定装置とすることが可能である。
【００３３】
さらに上記の電解液調量装置は、制御装置および／または制御装置を信号技術的に接続するための少なくとも１つのインタフェースを含み得る。この制御装置は殊に、少なくとも１つの測定パラメタに依存して、殊にセル電圧、セル電流、セル内部抵抗、温度およびこれらの組み合わせを含むグループから選択される測定パラメタに依存して、上記の電解液調量装置を開ループ制御ないしは閉ループ制御するために設計することができる。
【００３４】
１つまたは複数の測定装置から測定パラメタを受信するため、上記の制御装置は、測定装置を信号技術的に接続するための少なくとも１つのインタフェースを有し得る。例えば、この制御装置は、（セル）電圧測定装置を信号技術的に接続するためのインタフェース、および／または、（セル）電流測定装置を信号技術的に接続するためのインタフェース、および／または、（セル内部）抵抗装置を信号技術的に接続するためのインタフェース、および／または、（セル内部）温度測定装置を信号技術的に接続するためのインタフェースを有し得る。
【００３５】
上記の制御装置は、電解液調量装置を例えば駆動制御して、殊に実際温度において、セル内部抵抗が、あらかじめ定めた境界値よりも、殊に大きい方の境界値よりも高い場合にリチウムセルに電解液を供給することができ、および／または、殊に実際温度において、セル内部抵抗が、あらかじめ定めた境界値よりも、殊に小さい方の境界値よりも低い場合にリチウムセルから電解液を排出することができる。
【００３６】
殊に実際温度において上記のセル内部抵抗が、あらかじめ定めた境界値に等しいかまたは上記の小さい方の境界値から大きい方の境界値まで亘る領域内にある場合、上記の制御装置は、電解液調量装置を起動して、電解液がリチウムセルに供給されず、またはリチウムセルから排出されないようにすることができる。
【００３７】
上記の供給すべきないしは排出すべき電解液量は、上記のセル内部抵抗と、所定の境界値ないしは対応する境界値との間の差分に比例する。
【００３８】
上記の電解液調量装置の可動壁の位置ないしは延びの長さは、殊に、上記のセル内部と、所定の境界値ないしは対応する境界値との間の差分に比例して変化させることができる。
【００３９】
上記の電解液調量装置は、１つのリチウムセルに電解液を供給するためにも、また複数のリチウムセルにも電解液を供給するためにも設計することができる。この電解液調量装置が複数のリチウムセルに電解液を供給するために設計される場合、この電解液調量装置は、殊に電解液を供給すべきリチウムセル毎に、殊に自動的に制御可能な１つの弁を含むことができる。殊にこの場合には上記のリチウムセルに流入する各液体管路部分に、殊に自動で制御可能な１つの弁を組み込むことができる。これによって有利にも、１つまたは複数の所定のリチウムセルにおける電解液の量を制御することができ、その一方で、例えば最適な量の電解液がすでに含まれている別のリチウムセルでは電解液の量の維持することができるのである。
【００４０】
１つの実施形態において、上記の電解液調量装置は、電解液成分リザーバに少なくとも１つの電解液成分を充填する、殊に電解液を充填するための、および／または、電解液成分リザーバから少なくとも１つの電解液成分を排出する、殊に電解液を排出するための少なくとも１つのインタフェースを有する。これにより、例えば、リチウムセルないしはバッテリシステムのメンテナンス中に、リチウムセルにおける電解液を完全に交換するかないしは新たな電解液に置き換えるために上記の電解液調量装置を利用することもできる。これによって有利にも、リチウムセルの、ひいては上記のバッテリシステムの性能、寿命および安全性を高めることができる。
【００４１】
本発明による電解液調量装置の別の特徴および利点については、本発明による上記のバッテリシステム、後で説明する本発明によるリチウムセル、後で説明する本発明による方法、後で説明する本発明による移動式または固定式のシステムに関する説明と、図および図の説明とを特に参照されたい。
【００４２】
本発明の別の対象は、リチウムセルであり、このリチウムセルは、例えば、本発明によるバッテリシステムにおいておよび／または本発明による電解液調量装置と共に使用するため、および／または、後で説明する本発明による方法を実行するためのものであり、このリチウムセルは、アノード、カソード、これらの間に配置されたセパレータおよび電解質を有しており、この電解質には、電解液をしみ込ませたまたはしみ込ませることが可能な少なくとも１つのポリマが含まれている。ここでは上記のセパレータに電解質が含まれているかまたはこのセパレータを電解質から構成することが可能である。セパレータの領域には、殊にセパレータの縁部における１つまたは複数の箇所には、殊に上記の電解液調量装置により、少なくとも１つの電解液成分を、殊に電解液を供給および／または排出するための殊に１つまたは複数のインタフェースを形成することができる。
【００４３】
本発明によるリチウムセルの別の特徴および利点については、本発明によるバッテリシステム、本発明による電解液調量装置、後で説明する本発明の方法、後で説明する本発明による移動式または固定式システムに関する説明と、図および図の説明とを特に参照されたい。
【００４４】
本発明の別の対象は、バッテリシステム、例えば本発明によるバッテリシステム、および／または、リチウムセル、例えば本発明によるリチウムセル、および／または、電解液調量装置、例えば本発明による電解液調量装置を動作させるための方法であり、この方法にはつぎの方法ステップが含まれている。すなわち、
ａ）  リチウムセルのセル内部抵抗および場合によってはこのリチウムセルの温度を求めるステップと、
ｂ）  求めたこのセル内部抵抗が、殊に求めたこの温度において、あらかじめ定めた境界値を、殊に大きい方の境界値を上回るか否か、または、あらかじめ定めた境界値、殊に小さい方の境界値を下回るか否かを求めるステップと、
ｃ）  求めた上記の内部セル抵抗が、上記のあらかじめ定めた境界値よりも、殊に上記の大きい方の境界値よりも高い場合にリチウムセルに電解液を供給するか、
または
求めた上記の内部セル抵抗が、上記のあらかじめ定めた境界値よりも、殊に上記の小さい方の境界値よりも低い場合にリチウムセルから電解液を除去するステップとを有する。
【００４５】
本発明による上記の方法によって有利にも、ゲル状の電解質を有するリチウムセルの電解液量を、可変かつ自動調節式にないしは自動的に制御して調整することができ、これによって上で説明した複数の利点を得ることができる。
【００４６】
例えば、上記の測定したセル電圧および電流から、ないしはここから計算可能なセルの内部抵抗ならびにセル内部における実際温度から、このセルにある電解液の量が十分である（測定した抵抗が目標値に等しい）か、これを増大させなければならない（測定した抵抗が目標値よりも大きい）か、またはこれを低減させなればならない（測定した抵抗が目標値より小さい）かを直接導出することができる。
【００４７】
この場合に電解液量の増大は、上記の電解液調量装置を介して調量することによって行うことができる。上記の低減はこれに類似して同じ電解液調量装置によってセルから電解液を除去することによって行うことができる。この電解液調量装置の動作の仕方は注入器に類似している。
【００４８】
上記の電解液の供給ないしは排出は、例えば、上記のセパレータの縁部における１つまたは複数の箇所において点毎に行うことができる。なぜならば上記の電解液量はそれ自体でセパレータないしは固体電解質ポリマに拡がるからである。電解液の供給量ないしは排出量の計算は、ひいては上記の電解液調量装置の可動壁の相応する往復振動における、測定電流値、電圧値および温度値の変更は、この電解液調量装置の、ないしは電解液調量装置内の適当な電子制御装置によって直接行うことができるか、または既存の制御装置によって、例えば既存のバッテリ管理システムによって行わせることできる。
【００４９】
本発明による方法の別の特徴および利点は、本発明によるバッテリシステム、本発明による電解液調量装置、本発明によるリチウムセル、後に説明する本発明の移動式または固定式システムに関する説明と、図および図の説明とを特に参照されたい。
【００５０】
本発明の別の対象は、移動式または固定式システムであり、このシステムには、本発明によるバッテリシステム、および／または、本発明による電解液調量装置、および／または、本発明によるリチウムセルが含まれており、および／または、上記のシステムにより、本発明による方法が実行される。殊にこのシステムは車両とすることが可能であり、例えばハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両または電動車両とすることが可能であり、また例えば家庭または技術的設備におけるエネルギ蓄積設備、例えば固定式エネルギ蓄積装置、電動工具、電動ガーデニング装置または電子装置、例えばノートブック、ＰＤＡまたは携帯電話とすることが可能である。
【００５１】
自動車における応用においては安全性に対する要求が特に高いため、本発明によるバッテリシステム、本発明による電解液調量装置、本発明によるリチウムセル、および／または本発明による方法は、ハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両および電動車両に対して極めて好適である。
【００５２】
本発明による移動式または固定式システムの別の特徴および利点については、本発明によるバッテリシステム、本発明による電解液調量装置、本発明によるリチウムセル、本発明による方法に関する説明と、図および図の説明とを特に参照されたい。
【００５３】
本発明が対象とするものの別の利点および有利な実施形態を図面によって説明し、以下の説明において詳述する。ここで注意すべきであるのは、図面は、説明的な性質しか有しておらず、いかなる形においても本発明を制限することは想定していないことである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明によるバッテリシステム、本発明による電解液調量装置および本発明によるリチウムセルの実施形態の概略図である。
【００５５】
図１には、リチウムセル１００を含むバッテリシステム１０が示されており、このリチウムセルには、アノード１１と、カソード１２と、これらの間に配置されたセパレータ１３と、電解液をしみ込ませたポリマからなる図示しないゲル状の電解質とが含まれている。アノード１１とカソード１２とを電気的に接触接続するため、リチウムセル１００はさらにアノード側の集電器１８およびカソード側の集電器１９を有する。
【００５６】
図１には示されているのは、このバッテリシステムにさらに電解液調量装置１４が含まれていることであり、この電解液調量装置は、注入器状に実施されており、かつ、容積が可動壁１４ｂによって変更可能な電解液成分リザーバ１４ａを有する。
【００５７】
図１に示されているのは、電解液調量装置１４から出た液体管路がセパレータ１３の領域においてリチウムセル１００に流入しており、この液体管路を介し、上記の電解液調量装置１４により、電解液をリチウムセル１００に供給するかないしはここから排出できることである。これによって有利にも、電解液調量装置１４により、リチウムセル１００における電解液の量を、殊に自動的に制御可能である。
【００５８】
図１には上記のバッテリシステムがさらにセル内部温度測定装置１５と、セル電圧測定装置１６と、セル電流測定装置１７とを含むことが示されており、これらはそれぞれ信号技術的に電解液調量装置１４に接続されている。破線が示しているのは、上記の信号技術的な接続が、必ずしもケーブルによって構成されるのではなく、ケーブルレスでも構成できることである。殊にセル内部温度測定装置１５，セル電圧測定装置１６およびセル電流測定装置１７は、電解液調量装置１４に組み込まれる図示しない制御装置に接続されている。
【００５９】
セル電圧測定装置１６によって測定したセル電圧およびセル電流測定装置１７によって測定した電流から、上記の制御装置はセル内部抵抗を求めることができ、このセル内部抵抗により、考えられ得る電解液供給または電解液除去が推定される。上記のセル内部抵抗は温度に依存するため、付加的にはセル温度測定装置１５によって測定したセル内部温度を取り入れて、温度補正されたセル内部抵抗を求め、これに基づいて電解液の供給および排出を制御することができる。
【００６０】
この場合、上記のセル内部抵抗に依存し、場合によってはセル内部温度を考慮して、上記の制御装置は、電解液調量装置１４を、殊に電解液成分リザーバ１４ａの可動壁１４ｂの位置を制御することができる。
【００６１】
ここでこの制御は、例えば、実際の温度において、上記のセル内部抵抗があらかじめ求めた境界値よりも高い場合にはリチウムセル１００に電解液が供給され、実際の温度において、上記の求めたセル内部抵抗が上記のあらかじめ求めた境界値よりも低い場合には電解液がリチウムセル１００から除去されるように行うことできる。
【００６２】
電解液の供給および排出それ自体は、例えばセル電圧、電流およびセル内部温度のような後に測定される測定パラメタに影響を与える得るため、上記の手法は、場合によっては閉ループ制御と、または上記の制御装置は閉ループ制御装置と称することも可能である。
【００６３】
したがってまとめると有利にも、ゲル状のポリマ電解質内の電解液量を、例えば電流、電圧および温度に依存して、両方向に自動的に開ループ制御ないしは閉ループ制御することができるのである。
【図１】
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