特許 6577047 参照エネルギープロファイルを決定する方法および電池を形成するための装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6577047

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月18日

(54)【発明の名称】参照エネルギープロファイルを決定する方法および電池を形成するための装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/44 20060101AFI20190909BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20190909BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/44 P

   H01M10/48 P

【請求項の数】52

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2017-549642(P2017-549642)

(86)(22)【出願日】2016年3月23日

(65)【公表番号】特表2018-511149(P2018-511149A)

(43)【公表日】2018年4月19日

(86)【国際出願番号】EP2016056470

(87)【国際公開番号】WO2016151058

(87)【国際公開日】20160929

【審査請求日】2017年11月17日

(31)【優先権主張番号】102015205228.1

(32)【優先日】2015年3月23日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】500341779

【氏名又は名称】フラウンホーファー−ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デル・アンゲヴァンテン・フォルシュング・アインゲトラーゲネル・フェライン

(74)【代理人】

【識別番号】100205981

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 大輔

(72)【発明者】

【氏名】マキシミリアン・ブルッフ

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン・ルクス

(72)【発明者】

【氏名】マティアス・フェター

【審査官】 下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００６０２９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２０８４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５１２６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２２３５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／４２ − １０／４８

Ｈ０１Ｍ １０／０５ − １０／０５８７

Ｈ０１Ｍ １０／３６ − １０／３９

Ｇ０１Ｒ ３１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

参照エネルギープロファイルを決定するための方法（１００）であって、
複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）について、第１充電サイクルの間の第１電池の電気量の吸収を記述する第１コース（１２）と、前記第１充電サイクルの後に続く第２充電サイクルの間の第１または第２電池の電気量の吸収を記述する第２コース（１４）を比較するステップ（１１０）と、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記第１コース（１２）と前記第２コース（１４）とのずれ（１６ａ−１６ｄ）を決定するステップ（１２０）と、
前記時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記ずれ（１６ａ−１６ｄ）に基づいて前記電気量の量を決定するステップ（１３０）であって、前記電気量の量は、前記時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、形成されるべき電池（２４）の形成プロセスの間に形成されるべき前記電池（２４）へ供給されるべき前記電気量の量の参照エネルギープロファイルの予め設定されたデフォルト値を記述するステップと、を含む方法。

【請求項2】

前記電気量の量を決定するステップ（１２０）は、少なくとも１つの関数引数を有する変換関数に基づいて行われ、前記関数引数は，決定される前記ずれ（１６ａ−１６ｄ）であり、前記電気量は、電流強度または電荷量を記述する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記変換関数は、前記形成プロセスにわたって可変である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

参照エネルギープロファイルを決定するための方法（２００）であって、
複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）について、第１充電サイクルの間の第１電池の電気量の吸収を記述する第１コース（１２）と、前記第１充電サイクルの後に続く第２充電サイクルの間の第１または第２電池の電気量の吸収を記述する第２コース（１４）と比較するステップ（２１０）と、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記第１コース（１２）と前記第２コース（１４）とのずれ（１６ａ−１６ｄ）を決定するステップ（２２０）と、
前記電気量により引き起こされる形成の度合いが、前記電気量により引き起こされ得る形成の４０％以上であることを前記比較が示す場合、前記比較に基づいて、ある時間間隔（１８ａ−１８ｄ）において別の電池（２４）へその形成の間に供給される前記電気量の量を減らすことを決定するステップ（２３０）と、を含み、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）にわたる前記電気量の量のコースは、前記参照エネルギープロファイルを少なくとも部分的に記述する、方法。

【請求項5】

前記電気量により引き起こされ得る前記形成と比較した場合に、前記供給される電気量により引き起こされる前記形成の度合いを、前記ずれを用いて、かつ基準電池または対応する電池タイプのシミュレーションにおける測定値を用いて決定することをさらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記第１コース（１２）と前記第２コース（１４）を比較するステップ（１１０、２１０）は、さらに、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記第１または第２電池により吸収または放出される電荷量を決定するステップ（３１０）、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、吸収される前記電荷量と、前記第１電池の電池極へ印加される電圧の変化を記述する電圧変化との比（ｄＵ／ｄＱ）を確立するステップ（３２０）、または、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、吸収される前記電荷量と、前記第２電池の電池極へ印加される電圧の変化を記述する電圧変化との比（ｄＵ／ｄＱ）を確立するステップ（３２０）を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記ずれを決定するステップ（１２０、２２０）は、前記第１コース（１２）の値と前記第２コース（１４）の値の商を計算すること、またはこれらの差を計算することを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記第１充電サイクルは、その間に前記第１電池が充電される時間的に最初の充電サイクルであり、前記第１電池の放電は、前記第１充電サイクルの後に続き、かつ前記第２充電サイクルは、前記放電の後に続く、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記第１コース（１２）および／または前記第２コース（１４）は、複数の電池について確立される充電サイクルの複数のコースの平均値を記述する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）は、前記第１または第２充電サイクルの持続時間に関連し、かつ１時間当たり少なくとも３つの時間間隔（１８ａ−１８ｄ）を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）のうちの少なくとも１つの持続時間は、前記第１または第２電池へ印加される電圧が少なくとも０．１％および最大３０％の許容範囲内で不変であるタイムスパンと相関する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記第１または第２コースは、前記第１または第２電池の前記充電または放電プロセスのコンピュータシミュレーションによって得られる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記方法は、少なくとも１回の繰返しで繰り返し実行され、個々の繰返しの前記第１コース（１２）および前記第２コース（１４）は、形成されるべき前記電池（２４）の充電または放電サイクルに関連づけられ、繰返しの前記第１コース（１２）および前記第２コース（１４）は、前記方法の先行する実行の前記第１コース（１２）および前記第２コース（１４）とそれぞれ比較すると変化しており、かつ、繰り返される前記電池の充電または放電に関して、個々の参照電流プロファイルが確立される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記時間間隔のうちの少なくとも１つにおける前記第１または第２電池の補助量を決定し、決定される前記補助量を前記参照エネルギープロファイルに記憶するステップをさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

電池（２４）を形成するための方法（５００）であって、
前記電池（２４）を形成するための参照エネルギープロファイルを取得するステップ（５１０）であって、
複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）について、第１充電サイクルの間の第１電池の電気量の吸収を記述する第１コース（１２）と、第１充電サイクルの後に続く第２充電サイクルの間の第１または第２電池の電気量の吸収を記述する第２コース（１４）を比較すること（１１０）と、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記第１コース（１２）と前記第２コース（１４）とのずれ（１６ａ−１６ｄ）を決定すること（１２０）と、
前記時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記ずれ（１６ａ〜ｄ）に基づいて前記電気量の量を決定すること（１３０）であって、前記電気量の量は、前記時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、形成されるべき電池（２４）の形成プロセスの間に形成されるべき前記電池（２４）へ供給されるべき前記電気量の量の参照エネルギープロファイルの予め設定されたデフォルト値を記述すること、を含むステップ（５１０）と、
前記電池（２４）に、ある電気量の量を充電するステップ（５２０）であって、前記電気量の量の時間的コースは、前記参照エネルギープロファイルに基づくステップ（５２０）と、を含む方法。

【請求項16】

前記電気量の量を決定すること（１２０）は、少なくとも１つの関数引数を有する変換関数に基づいて行われ、前記関数引数は，決定される前記ずれ（１６ａ−１６ｄ）であり、前記電気量は、電流強度または電荷量を記述する、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記変換関数は、前記形成プロセスにわたって可変である、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

電池（２４）を形成するための方法（５００）であって、
前記電池（２４）を形成するための参照エネルギープロファイルを取得するステップ（５１０）であって、
複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）について、第１充電サイクルの間の第１電池の電気量の吸収を記述する第１コース（１２）と、第１充電サイクルの後に続く第２充電サイクルの間の第１または第２電池の電気量の吸収を記述する第２コース（１４）を比較すること（２１０）と、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記第１コース（１２）と前記第２コース（１４）とのずれ（１６ａ−１６ｄ）を決定すること（２２０）と、
前記電気量により引き起こされる形成の度合いが、前記電気量により引き起こされ得る形成の４０％以上であることを前記比較が示す場合、前記比較に基づいて、ある時間間隔（１８ａ−１８ｄ）において別の電池（２４）へその形成の間に供給される前記電気量の量を減らすことを決定すること（２３０）、を含み、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）にわたる前記電気量の量のコースは、前記参照エネルギープロファイルを少なくとも部分的に記述する、ステップ（５１０）と、
前記電池（２４）に、ある電気量の量を充電するステップ（５２０）であって、前記電気量の量の時間的コースは、前記参照エネルギープロファイルに基づくステップ（５２０）と、を含む方法。

【請求項19】

前記電気量により引き起こされ得る形成と比較した場合に、前記供給される電気量により引き起こされる前記形成の度合いを、前記ずれを用いて、かつ基準電池または対応する電池タイプのシミュレーションにおける測定値を用いて決定することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記第１コース（１２）と前記第２コース（１４）を比較すること（１１０、２１０）は、さらに、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記第１または第２電池により吸収または放出される電荷量を決定するステップ（３１０）、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、吸収される前記電荷量と、前記第１電池の電池極へ印加される電圧の変化を記述する電圧変化との比（ｄＵ／ｄＱ）を確立するステップ（３２０）、または、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、吸収される前記電荷量と、前記第２電池の電池極へ印加される電圧の変化を記述する電圧変化との比（ｄＵ／ｄＱ）を確立するステップ（３２０）を含む、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

前記ずれを決定すること（１２０、２２０）は、前記第１コース（１２）の値と前記第２コース（１４）の値の商を計算すること、またはこれらの差を計算することを含む、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

前記第１充電サイクルは、その間に前記第１電池が充電される時間的に最初の充電サイクルであり、前記第１電池の放電は、前記第１充電サイクルの後に続き、かつ前記第２充電サイクルは、前記放電の後に続く、請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項23】

前記第１コース（１２）および／または前記第２コース（１４）は、複数の電池について確立される充電サイクルの複数のコースの平均値を記述する、請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）は、前記第１または第２充電サイクルの持続時間に関連し、かつ１時間当たり少なくとも３つの時間間隔（１８ａ−１８ｄ）を含む、請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項25】

前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）のうちの少なくとも１つの持続時間は、前記第１または第２電池へ印加される電圧が少なくとも０．１％および最大３０％の許容範囲内で不変であるタイムスパンと相関する、請求項１５〜２４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項26】

前記第１または第２コースは、前記第１または第２電池の前記充電または放電プロセスのコンピュータシミュレーションによって得られる、請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項27】

前記方法は、少なくとも１回の繰返しで繰り返し実行され、個々の繰返しの前記第１コース（１２）および前記第２コース（１４）は、形成されるべき前記電池（２４）の充電または放電サイクルに関連づけられ、繰返しの前記第１コース（１２）および前記第２コース（１４）は、前記方法の先行する実行の前記第１コース（１２）および前記第２コース（１４）とそれぞれ比較すると変化しており、かつ、繰り返される前記電池の充電または放電に関して、個々の参照電流プロファイルが確立される、請求項１５〜２６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項28】

前記時間間隔のうちの少なくとも１つにおける前記第１または第２電池の補助量を決定し、決定される前記補助量を前記参照エネルギープロファイルに記憶するステップをさらに含む、請求項１５〜２７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項29】

前記時間的コースは、前記第１または第２電池へ印加される電圧が少なくとも０．１％および最大３０％の許容範囲内で不変であるタイムスパンと相関する複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）を含む、請求項１５〜２８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項30】

第１時点（ｔ_１）における前記電池（２４）の第１物理量を決定するステップと、
前記第１時点（ｔ_１）の後に続く第２の時点（ｔ_２）において、前記電池（２４）の充電を中断して、前記電池（２４）の前記第１物理量を決定するステップと、
前記第１時点における前記第１物理量と前記第２時点における前記第１物理量とのずれを決定するステップと、
決定される前記ずれに基づいて、前記参照エネルギープロファイルを補正するステップと、
充電または放電を再開するステップと、をさらに含む、請求項１５〜２９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項31】

前記電気量の量は、前記電池（２４）の電池極へ印加される電圧（Ｕ）に依存して前記電池（２４）へ供給されるべき電気量に関連し、前記第１物理的状態は、前記電池の電池極へ印加される前記電圧（Ｕ）であり、かつ前記参照エネルギープロファイルは、決定される前記ずれに基づいて補正される、請求項３０に記載の方法。

【請求項32】

前記電気量の量は、前記電池（２４）の電池極へ印加される電圧（Ｕ）に依存して前記電池（２４）へ供給されるべき電気量の値を指し、前記参照エネルギープロファイルは、さらに、前記電池極へ印加される前記電圧に依存する基準電池の補助量に関する情報を含み、かつ前記方法は、さらに、
前記ずれに基づいて、また前記中断前に第１の値で前記電池（２４）へ供給される前記電気量に基づいて、前記電池（２４）の補助量を決定するステップと、
前記補助量に基づいて、また再開後に印加される、前記電池（２４）へ供給される前記電気量の第２の値に基づいて、前記参照エネルギープロファイルの補正値を決定するステップと、
決定される前記補正値に基づいて、前記参照エネルギープロファイルを補正するステップとを含む、請求項３０または３１に記載の方法。

【請求項33】

前記第２時点（ｔ_２）における前記電池（２４）の前記第１物理量は、前記電池（２４）の開路電圧（Ｕ_２）である、請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項34】

前記参照エネルギープロファイルは、形成されるべき電池（２４）を形成するために制御可能なエネルギー源により供給されるべき電気エネルギーに関する情報を含み、前記制御可能なエネルギー源により供給されるべき電気エネルギーに関する前記情報は、形成されるべき前記電池の充電または放電をもたらすエネルギー自体、電流強度、電荷量、または電圧に関する情報である、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項35】

前記電気量の量は、形成されるべき前記電池の充電または放電をもたらす電流強度、および／または電荷量、および／または電圧である、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項36】

プログラムがコンピュータ上で実行されると、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。

【請求項37】

参照エネルギープロファイルに基づいて、形成されるべき電池（２４）へ前記電気量を印加するための、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の方法（１００、２００）を用いて確立されている参照エネルギープロファイルの使用法。

【請求項38】

電池（２４）を形成するための装置（７０、８０）であって、
前記電池（２４）を形成するために、制御可能なエネルギー源（２８）に結合される電池（２４）へ電気量を供給するように構成される制御可能なエネルギー源（２８）と、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の間に前記電池（２４）を形成するために、前記制御可能なエネルギー源（２８）を複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）において制御するように構成される制御手段（３４、３４’）と、
前記時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々における前記電池（２４）の物理的状態を決定するように構成される検出手段（３６）と、を備え、
前記制御手段（３４、３４’）は、後続の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の間に前記電池（２４）へ供給される前記電気量の量を増加または低減するように、検出された前記物理的状態に基づいて、前記制御可能なエネルギー源（２８）を制御するように構成される、装置。

【請求項39】

前記物理的状態は、前記電池（２４）の電池極へ印加される電圧（Ｕ）、前記電池（２４）へ誘導される電流強度、前記電池（２４）により吸収される電荷量（Ｑ）、前記電池（２４）により電気量が吸収される持続時間、および、前記電池（２４）に適用される温度または前記電池（２４）における温度、のうちの少なくとも１つに関連する、請求項３８に記載の装置。

【請求項40】

前記制御手段（３４’）は、検出される前記物理的状態の値をエネルギー量に関連づけ、かつ前記制御可能なエネルギー源（２８）を制御して、前記制御可能なエネルギー源（２８）に、前記決定されるエネルギー量を後続の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）内に前記電池（２４）へ供給させるように構成される、請求項３８または３９に記載の装置。

【請求項41】

前記装置（８０）は、前記電気量を前記電池（２４）へ供給する充電サイクルの前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について予め設定されたデフォルト値と前記物理的状態を含む参照エネルギープロファイルを記憶するように構成されるメモリ（３８）を備え、
前記制御手段（３４’）は、前記制御可能なエネルギー源（２８）を制御して、前記制御可能なエネルギー源（２８）が、電気量の前記予め設定されたデフォルト値に基づいて、前記電池（２４）を充電するように構成され、
前記制御手段（３４’）は、前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、決定される前記電池（２４）の物理的状態と前記物理的状態の前記予め設定されたデフォルト値とのずれ（１６ａ−１６ｄ）を決定するように構成され、
前記制御手段（３４’）は、前記物理的状態の前記予め設定されたデフォルト値と検出される前記物理的状態との前記ずれ（１６ａ−１６ｄ）が少なくとも１％を超えれば、前記電池（２４）がより少ない、またはより多い測度の前記電気量を充電されるように、前記制御可能なエネルギー源（２８）を前記電気量の前記予め設定されたデフォルト値から逸脱する方法で制御するように構成される、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項42】

前記物理的状態は、少なくとも部分的に、前記電池（２４）により吸収される電荷量（ｄＱ）に対する、前記電池（２４）の電池極へ印加される電圧の変化（ｄＵ）に関連する、請求項４１に記載の装置。

【請求項43】

電池（２４）を形成するための方法（９００）であって、
前記電池（２４）を形成するために、制御可能なエネルギー源（２８）により、前記制御可能なエネルギー源（２８）に結合される電池へ電気量を供給するステップ（９１０）と、
複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の間に前記電池（２４）を形成するために、前記制御可能なエネルギー源（２８）を、複数の時間間隔において制御するステップ（９２０）と、
前記時間間隔の各々において、前記電池（２４）の物理的状態を決定するステップ（９３０）と、を含み、
前記制御可能なエネルギー源（２８）は、決定される前記物理的状態に基づいて、後続の時間間隔の間に前記電池（２４）へ供給される前記電気量の量が増加または低減するように制御される、方法。

【請求項44】

第１時点（ｔ１）における前記電池（２４）の第１物理量を決定するステップと、
前記第１時点（ｔ１）の後に続く第２時点（ｔ２）において、前記電池（２４）への前記電気量の供給を中断して、前記電池（２４）の前記第１物理量を決定するステップと、
前記第１時点における前記第１物理量と前記第２時点における前記第１物理量とのずれを決定するステップと、
決定される前記ずれに基づいて、前記電池へ供給されるべき前記電気量の量を補正するステップと、
補正される前記電気量の量に基づいて、充電または放電を再開するステップと、をさらに含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項45】

供給されるべき前記電気量の量は、前記電池（２４）の電池極へ印加される電圧（Ｕ）に依存して、前記電池（２４）へ供給されるべき電気量に関連づけられ、前記第１物理的状態は、前記電池の電池極へ印加される前記電圧（Ｕ）である、請求項４３に記載の方法。

【請求項46】

供給されるべき前記電気量の量は、前記電池（２４）の電池極へ印加される電圧（Ｕ）に依存して前記電池（２４）へ供給されるべき電気量の値に関連し、かつ前記方法は、さらに、
前記ずれに基づいて、また前記中断前に第１の値で前記電池（２４）へ供給される前記電気量に基づいて、前記電池（２４）の補助量を決定するステップと、
前記補助量に基づいて、また再開後に印加される、前記電池（２４）へ供給される前記電気量の第２の値に基づいて、前記電気量の量の補正値を決定するステップと、
決定される前記補正値に基づいて、前記電気量の量を補正するステップとを含む、請求項４４または４５に記載の方法。

【請求項47】

形成されるべき電池（２４）を形成するために制御可能なエネルギー源により供給されるべき電流に関する情報を含む参照電流プロファイルを決定するための方法（１００）であって、
コース（１２、１４）の複数の時間間隔（１８ａ−ｄ）について、第１充電サイクルの間の第１電池の充電に伴う電圧変化を記述する第１コース（１２）と、前記第１充電サイクルの後に続く第２充電サイクルの間の第１または第２電池の充電に伴う前記電圧変化を記述する第２コース（１４）を比較するステップ（１１０）と、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記第１コース（１２）と前記第２コース（１４）とのずれ（１６ａ−１６ｄ）を決定するステップ（１２０）と、
前記時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記ずれ（１６ａ−１６ｄ）に基づいて電流を決定するステップ（１３０）であって、前記電流は、前記時間間隔（１８ａ−ｄ）の各々について、形成されるべき前記電池（２４）の形成プロセスの間に前記制御可能なエネルギー源により形成されるべき前記電池（２４）へ供給されるべき電流の量の前記参照エネルギープロファイルの予め設定されたデフォルト値を記述するステップと、を含む方法。

【請求項48】

前記第１コース（１２）と第２コース（１４）を比較するステップ（１１０）は、さらに、
前記複数の時間間隔（１８ａ−１８ｄ）の各々について、前記第１または第２電池により吸収または放出される電荷量を決定するステップ（３１０）であって、前記電気量の正の量は、前記第１または第２電池の充電をもたらし、かつ前記電気量の負の量は、前記第１または第２電池の放電をもたらすステップと、
前記複数の時間間隔（１８ａ−ｄ）の各々について、吸収される前記電荷量と、前記第１電池の電池極へ印加される電圧の変化を記述する電圧変化との比（ｄＵ／ｄＱ）、または、吸収される前記電荷量と、前記第２電池の電池極へ印加される電圧の変化を記述する電圧変化との比（ｄＵ／ｄＱ）、を確立するステップ（３２０）とを含む、請求項４７に記載の方法。

【請求項49】

参照エネルギープロファイルを補正するための方法であって、
電池（２４）へ供給されるべき電気量の値に関する情報を含む前記参照エネルギープロファイルによって、形成されるべき電池（２４）を充電または放電するステップと、
第１時点（ｔ_１）における前記電池（２４）の第１物理量を決定するステップと、
前記第１時点（ｔ_１）の後に続く第２時点（ｔ_２）において、前記電池（２４）の充電または放電を中断して、前記電池（２４）の前記第１物理量を決定するステップと、
前記第１時点における前記第１物理量と前記第２時点における前記第１物理量とのずれを決定するステップと、
決定される前記ずれに基づいて、前記参照エネルギープロファイルを補正するステップと、
充電または放電を再開するステップと、を含む方法。

【請求項50】

前記参照エネルギープロファイルは、前記電池（２４）の電池極へ印加される電圧（Ｕ）に依存して前記電池（２４）へ供給されるべき前記電気量の値に関する情報を含み、前記第１物理的状態は、前記電池の電池極へ印加される前記電圧（Ｕ）であり、かつ前記参照エネルギープロファイルは、決定される前記ずれに基づいて補正される、請求項４９に記載の方法。

【請求項51】

前記ずれに基づいて、また前記中断前に第１の値で前記電池（２４）へ供給される前記電気量に基づいて、前記電池（２４）の補助量を決定するステップと、
前記補助量に基づいて、また再開後に印加される、前記電池（２４）へ供給される前記電気量の第２の値に基づいて、前記参照エネルギープロファイルの補正値を決定するステップと、
決定される前記補正値に基づいて、前記参照エネルギープロファイルを補正するステップとをさらに含む、請求項４９または５０に記載の方法。

【請求項52】

前記第２時点（ｔ_２）における前記電池（２４）の前記第１物理量は、前記電池（２４）の開路電圧（Ｕ_２）である、請求項４９〜５１のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、参照エネルギープロファイルを決定する方法、電池を形成するための装置、電池を形成する方法、参照エネルギープロファイルの使用法、および、コンピュータプログラムに関する。さらに、本発明は、固体電解質界面（ＳＥＩ）を形成するガルバニ電池または電池セルの改良された形成方法、および、形成電流を誘導するための最適化された方法に関する。

【0002】

形成は、ガルバニ電池または電池セルを製造する際の一製造工程である。形成とは、所謂ＳＥＩが形成される最初の充放電プロセスを指す。このプロセスは、電池セルの電気化学プロセスおよび／または特性を活性化するために必要とされる。ＳＥＩの形成は、内部抵抗やサイクル安定性など重要なセル特性にとって決定的な役割を果たす。この場合、安定した均一な層が有利である。現在まで、形成（即ち、充電および放電）は、超低電流を用いて実現されてきた。そうすると、時間がかかり、結果として費用のかかる製造工程になり、生産チェーンの処理量を制限する場合がある。

【0003】

今日知られている方法は、ゆっくりとした均一なＳＥＩ形成を可能にする一定の低電流に依存している。それぞれ最終電圧までの電流は、充電および放電プロセス毎に設定される。文献［１］および文献［２］では、予め規定された電圧しきい値を起点として電流を増加させることが提案されており、定電流は、１ステップから３ステップまでの間に印加される。まず、可能な限り最小の電流強度（ほとんどが１／２０Ｃ、１／１５Ｃまたは１／１０Ｃ）が、経験値に基づいて設定される。さらに開発された方法では、電圧しきい値を起点に電流が増加するか、あるいは、電圧しきい値で既に形成が終了する。これは、より少量のＳＥＩ形成後、形成終了がサイクル安定性に許容範囲の悪影響を及ぼすことが実験によって示されているからである。このような手順は、例えば［３］に記載されている。この場合、前記方法は、ＳＥＩの均質性またはＳＥＩの厚さの僅かな劣化を許容することによって部分的に加速される。

【0004】

図１１は、従来技術による、電池セル９２を形成するための概念９０を示す概略図である。電池セル９２は、接点９４ａおよび９４ｂを介して直流電源９６へ電気的に接続されている。この場合、形成は、定電流Ｉを用いて行われる。［１］および［２］に記載されているように、電流Ｉは、予め決められた数ステップで増加するようにコントローラ９８によって制御されることができ、定電流値は、これらのステップ間に設定される。

【0005】

米国特許出願公開第２０１５／００６０２９０号明細書は、予め規定された一点まで小さい電流強度を使用し、その後は、より高い第２の電流強度に切り換える、という概念を記載している。

【0006】

独国特許出願公開第３７３６０６９号明細書は、鉛酸蓄電池を形成するために調整電流を印加することを記載している。しかしながら、ここでは、ガルバニ電池を形成することではなく、異なる電気化学的ターゲットを目的としている。鉛酸蓄電池を形成する場合、活性層が設定される。ＳＥＩの設定には、活性粒子（電極）と電解質との間に電気絶縁層を形成することが含まれる。電気化学プロセスは、本発明の比較対象ではない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】[1] He, Effects of Temperature on the Formation of Graphite-LiCo02 Batteries 2008

【非特許文献2】[2] He, Effects of current densities on the formation of LiCoO2graphite LIB, 2011

【非特許文献3】[3] Lee, A fast formation process for lithium batteries, 2004

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

したがって、既知の方法と比較して、改善された電池の形成を短時間で実行し、および／または、高い均質性のＳＥＩを得ることを可能にする、電池形成の概念が望まれる。

【0009】

つまり、本発明の目的は、短時間で、および／または、高いＳＥＩ均質性で、電池を形成することができる概念を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この目的は、独立請求項の主題によって達成される。

【0011】

本発明の中心的考案は、形成プロセスの間に電池へ供給されるエネルギーの量は、形成プロセスの時間的経過にともなって、実際のＳＥＩ形成を観察することにより動的に決定され得る、という事実によって上記目的を達成できるという認識にある。このようにして決定されるエネルギー量は、時間的経過にともなって形成電流強度をＳＥＩ形成へ高度に適応させること、および／または、ＳＥＩが均質に形成されるようにエネルギー量を設定することを可能にする。

【0012】

本発明では、ＳＥＩ形成が、形成されるべき電池へエネルギーを供給しながら不均一に起こり得ることを発見している。この不均一性は、可変するＳＥＩ形成速度および／または不均一な層均質性をもたらす場合がある。形成されるべき電池の実際の状態にエネルギー量を適応させることで、形成プロセスを少なくともその時々に加速することができ、および／または、高い均質性のＳＥＩを少なくともその時々に形成することができるので、高い層均質性のＳＥＩを迅速に得ることができる。

【0013】

形成中に供給されるべきエネルギー量は、電池の第１充電サイクルと第２充電サイクルにおけるエネルギー吸収の比較に基づいて決定することができる。ある時間間隔における第１および第２コース間のエネルギー吸収のずれは、この時間間隔の間に形成されるＳＥＩの度合いについての結論を、電池へ供給されるべきエネルギー量を動的に適応させることができるように引き出すことを可能にする。

【0014】

分かり易く表現すると、前述の目的は、適応された動的な、または変化する充電および／または放電電流によって達成することができる。

【0015】

ある実施形態によれば、参照エネルギープロファイルを決定する方法は、第１充電サイクルの間の第１電池のエネルギー吸収を記述する第１コースと、第１充電サイクルの後に続く第２充電サイクルの間の第１または第２電池のエネルギー吸収を記述する第２コースを比較することを含む。この比較は、複数の時間間隔について実行される。さらに、本方法は、複数の時間間隔の各々について、第１および第２コース間のずれを決定することを含む。さらに、本方法は、時間間隔毎のずれに基づいて電気エネルギーの量を決定することを含み、前記電気エネルギーは、時間間隔毎の、形成されるべき電池の形成プロセスの間に、形成されるべき電池へ供給されるエネルギー量の参照エネルギープロファイルの予め設定されたデフォルト値を記述する。等しい、または類似の電池について、参照エネルギープロファイルを決定するための先行計算値を形成することにより、少なくとも１つの時間間隔、幾つかの時間間隔または全ての時間間隔における高度なＳＥＩ形成を可能にする参照エネルギープロファイルを得ることができ、よって、形成が終了するまでの持続時間を短縮し、結果的に、形成の時間効率を高めることができる。代替的または追加的に、均一なＳＥＩ形成は、供給されるエネルギー量を高品質のＳＥＩが得られるように適応させることで、実現することができる。

【0016】

別の実施形態によれば、参照エネルギープロファイルを決定する方法は、第１充電サイクルの間の第１電池のエネルギー吸収を記述する第１コースと、第１充電サイクルの後に続く第２充電サイクルの間の第１または第２電池のエネルギー消費を記述する第２コースを比較することを含む。この比較は、複数の時間間隔について実行される。さらに、本方法は、複数の時間間隔の各々について、第１および第２コース間のずれを決定することを含む。さらに、本方法は、前記比較に基づいて、電気エネルギーにより引き起こされる形成の度合いが、電気エネルギーにより引き起こり得る形成の８０％以下であることを前記比較が示す場合に、後続の時間間隔において、その形成の間に別の電池へ供給される電気エネルギーの量を減らすように決定することを含む。複数の時間間隔にわたる電気エネルギー量のコースは、少なくとも部分的に、参照エネルギープロファイルを記述する。コース間のずれは、電気エネルギーの２０％を超える部分が電池の充電に使用され、よって結果的に、ＳＥＩの形成には使用されないという事実を示唆し得る。形成されるべき電池へ供給される電気エネルギー量の低減に基づいて、前記部分は、高速ＳＥＩおよび／または高品質のＳＥＩが形成されるように、低減されてもよい。

【0017】

別の実施形態によれば、前述の実施形態による参照エネルギープロファイルは、参照エネルギープロファイルに従って形成される電池へ電気エネルギーを印加するために使用される。

【0018】

別の実施形態によれば、電池を形成するための装置は、制御可能なエネルギー源を備え、これは、制御可能なエネルギー源に結合される電池へ電気エネルギーを供給するように構成される。本装置は、複数の時間間隔において制御可能なエネルギー源を制御するように構成される制御手段を備える。さらに、本装置は、各時間間隔において電池の物理的状態を決定するように構成される検出手段を備える。制御手段は、後続の時間間隔の間に電池へ供給される電気エネルギーの量が増加または低減されるように、検出される物理的状態に基づいて電気エネルギー源を制御するように構成される。この実施形態の優位点は、個々の電池毎に高速および／または高品質の形成プロセスを実行できるように、電池のその時点での物理的状態に基づいて電気エネルギー源を制御することで、個々の電池間の多様さを考慮できることにある。

【0019】

さらなる実施形態は、コンピュータプログラム、および、電池を形成するための方法に関する。

【0020】

さらに有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

【0021】

続いて、以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】ある実施形態において、参照エネルギープロファイルを決定するための方法を示す概略フローチャートである。

【図2】ある実施形態において、参照エネルギープロファイルを決定するための別の方法を示す概略フローチャートである。

【図3】ある実施形態において、電気エネルギーの量を決定するための方法を示す概略フローチャートである。

【図4】ある実施形態において、充電サイクルの第１コースの一部と第２コースの一部を表わす概略図である。

【図5】ある実施形態において、電池を形成するための方法を示す概略フローチャートである。

【図6】ある実施形態において、参照エネルギープロファイルを用いるための装置を示す概略ブロック回路図である。

【図7】ある実施形態において、電池を形成するための装置を示す概略ブロック回路図である。

【図8】ある実施形態において、図７の装置とは対照的に、参照エネルギープロファイルを記憶するメモリを備える装置を示す概略ブロック回路図である。

【図9】本明細書に記述する実施形態の一態様に従って実現することができる、形成プロセスの間の電池電圧のコースを示す概略図である。

【図10】ある実施形態において、電池を形成するための方法を示す概略フローチャートである。

【図11】従来技術に従って、電池セルを形成するための概念を示す概略図である。

【図12a】本明細書に記述する実施形態において、参照エネルギープロファイルを使用することにより電池を形成するための方法を示す概略図である。

【図12b】本明細書に記述する実施形態において、参照エネルギープロファイルを使用することにより電池を形成するための方法を示す概略図である。

【図12c】本明細書に記述する実施形態において、標準プロファイルを適応させることにより電池を形成するための方法を示す概略図である。

【図12d】本明細書に記述する実施形態による、標準プロファイルを適応させることにより電池を形成するための方法を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図面を参照して本発明の実施形態を以下のように詳述する前に、同一の要素、オブジェクトおよび／または構造、または、等しい機能または等しい効果を持つこれらのものは、異なる図面において同じ参照番号で示され、よって、異なる実施形態におけるこれらの要素の説明は、入れ替えられても、互いに適用されてもよいことを指摘しておく。

【0024】

以下で説明する実施形態は、部分的には、形成のために電池へ供給される電気エネルギーを決定することに関する。実施形態は、電池の特性または物理的状態のコースを決定すること、および／または、電池の充電プロセスのための電気エネルギー量を決定することに関するものであるが、以下の論考は、関連する制約なしに、電池の放電プロセスにもあてはまる。電池形成の間、予め決められた電流強度が、例えば、電池へ印加されてもよい。正の電流強度は、電池を充電し得るのに対して、負の電流強度は、電池を放電および／またはマイナス充電し得る。ＳＥＩ形成は、充電および放電中に生じ得る。分かり易く表現すると、以下で充電として記述するプロセスは、電池の充電を記述するものでも、放電を記述するものでもあり得るが、以下で放電として記述するプロセスは、補完的な唯一のプロセス、即ち、単に放電プロセスまたは充電プロセスであると理解することができる。後述するような電池へ供給されるエネルギー量は、例えば、負の電流強度に基づいて負である場合もある。これは、ある量のエネルギーを供給する際に、電荷キャリアが電池から放出されるという事実をもたらし得る。

【0025】

以下の実施形態は、部分的に、制御可能なエネルギー源によって供給される電流に関する情報を含む参照電流プロファイルの決定および／または使用に関するが、他の実施形態は、形成される電池へ供給される電気エネルギーに関する情報を含む参照エネルギープロファイルの決定および／または使用に関する。これは、例えば、供給されるべき電荷の量、および／または制御可能なエネルギー源により供給される電圧であってもよい。例えば、装置の（シャント）抵抗が既知である場合、これは、形成されるべき電池へ供給される電流に変換されてもよい。したがって、参照エネルギープロファイルは、供給される電気エネルギーに関する情報を含んでもよい。この電気エネルギーは、電流、電圧、電荷、および／または、電荷キャリアの量に関連してもよい。

【0026】

図１は、ある実施形態において、参照エネルギープロファイル（参照電流プロファイル）を決定するための方法１００を示す概略フローチャートである。本方法は、第１コースが第２コースと比較されるステップ１１０を含む。第１コースは、第１充電サイクルの間の第１電池の（電荷キャリアの増加、電荷キャリアの減少、および／または、これらから導き出される値のような）エネルギー吸収を記述する。第２コースは、第２充電サイクルの間のその電池、または別の電池のエネルギー吸収を記述する。第２充電サイクルは、第１充電サイクルの後に続く。第１充電サイクルは、例えば、電池の形成が少なくとも部分的に実行される実際の第１の（初回の）充電サイクルであってもよい。第２充電サイクルは、電池が再び充電される後続の充電サイクルであってもよい。これは、第２充電サイクルにおいて電池を再び充電できるように、第１および第２充電サイクルの間に少なくとも１つの補完的な放電サイクルが生じ得ることを意味する。

【0027】

第２充電サイクルは、事実上第１放電サイクルに続く第２充電サイクルであっても、第１充電サイクルに匹敵する別の（例えば、第３、第４、第５またはそれ以降の）充電サイクルであってもよい。第２充電サイクルの使用は、この場合の充電サイクル間の比較が放電サイクルによってのみ離間されるという理由で効果的である。この比較は、複数の時間間隔について実行される。この場合の複数の時間間隔は、その間に形成、即ち電池内のＳＥＩ形成、が行われるタイムスパンを指してもよい。分かり易く表現すると、第２コースは、少なくとも部分的に、または完全に形成された電池に関連づけることができ、第１コースは、少なくとも少しは形成された、または全く形成されていない電池に関連づけることができる。

【0028】

時間間隔は、充電サイクルの時間部分の間に経過する時間（スパン）であってもよい。代替的または追加的に、時間間隔は、第１または第２電池が所定の物理的状態または許容範囲内で変化しない物理的状態を含む持続時間であってもよい。物理的状態は、例えば、電池の極間に印加される（タップ可能な）電圧であってもよい。代替的または追加的に、物理的状態は、電池により吸収される、または電池により放出される電流強度であってもよい。さらに、物理的状態は、形成プロセスの間に電池が到達する温度、または電池自体が有する温度であってもよい。代替的または追加的に、物理的状態は、そこから導出される１つまたは幾つかの量であることも考えられる。例えば、これは、吸収される電荷量に関連する電池極間の電圧変化であってもよい。これは、時間間隔が、例えば、電池が個々の物理的状態を不変で、または許容範囲内で含む持続時間または時点をも意味し得ることを意味する。許容範囲は、例えば、第１または第２コースの値の最大２０％、最大１０％、または最大５％のずれの範囲内であってもよい。

【0029】

方法１００は、複数の時間間隔の各々について、第１および第２コース間のずれを決定するステップ１２０を含む。このずれは、例えば、差の計算や商の計算など数学的演算に基づいてもよい。例えば、ある時間間隔における第１コースのエネルギー吸収と、同等な時間間隔における第２コースのエネルギー吸収との差が確立されてもよい。

【0030】

エネルギー吸収は、例えば、電池極において吸収される電荷量ｄＱに依存して得られる電圧ｄＵの変化に関連してもよい。コースは、例えば、図４に関連して後述するように、単調増加する電池電圧を用いて表されてもよい。

【0031】

さらに、本方法１３０は、このずれに基づいて、時間間隔の各々について電気エネルギーの量を決定することを含む。電気エネルギーは、時間間隔の各々について、形成されるべき電池の形成プロセスの間に形成されるべき電池へ供給されるエネルギー量の参照電流プロファイルの予め設定されたデフォルト値を記述する。

【0032】

例えば、ずれは、コース間の電荷量に従って生じる電圧の変化に関連し得る。大きなずれは、少なくとも部分的に形成される電池に関連するコースと、さほど形成されていない電池に関連するコースとの間にずれが生じる時間間隔の間に、供給されるエネルギーのかなりの部分がＳＥＩの形成に使用される、という事実に関する情報を提供し得る。小さいずれは、供給または放出されるエネルギー（電荷キャリア）の量では、ほとんどＳＥＩを形成しない、という事実に関する情報を提供し得る。

【0033】

高度なＳＥＩ形成に関する情報が存在する時間間隔において、参照電流プロファイルは、この時間間隔の間に均質的なＳＥＩ形成を高品質で実現できるように、形成されるべき電池へ供給されるエネルギー量を低くする（例えば、小さい電流強度にする）命令を含んでもよい。ずれが（小さいずれ値のような）低いＳＥＩ形成速度を示唆するような別の時間間隔において、参照電流プロファイルは、形成されるべき電池へ高電流を供給するという命令を含んでもよい。これにより、この時間間隔が迅速に経過し得る。分かり易く表現すると、ずれは、ＳＥＩがほとんど形成されない電池の物理的状態が迅速に過ぎるのに対して、高度なＳＥＩが形成される物理的状態はゆっくりと過ぎるものと解釈することができる。

【0034】

この実施形態点の優位点は、こうして得られる参照電流プロファイルが、形成されるべき電池の現在の状態を考慮できること、そして、供給されるべきエネルギー量を各時間間隔について再び決定できること、にある。具体的には、エネルギー量は、時間間隔毎に増減してもよい。エネルギー量は、例えば、形成されるべき電池へ供給される電流強度に関連してもよい。あるいは、これは、例えば、エネルギー源により出力される電圧であってもよく、電気抵抗器を介して電流として電池へ供給されてもよい。

【0035】

電気エネルギー量は、変換関数に基づいて決定してもよい。変換関数は、関数値上にマッピングされる少なくとも１つの関数引数を含んでもよい。関数引数は、例えば、決定されるずれであってもよい。関数値は、電気エネルギーであっても、電気エネルギーと相関する値であってもよい。相関値は、制御可能なエネルギー源を、価値指標、電流または電圧の相対量、またはその絶対値など対応する電気エネルギーの測度を提供するように制御する基礎となる任意の値であってもよい。変換関数の関数値は、電流強度または電荷量を記述してもよい。例示的な変換関数については、図４を参照して後述する。

【0036】

第１電池は、例えば、基準電池であっても、製造バッチからの電池であってもよい。第１の事例において、第１コースは、第１電池を充電すること（第１充電サイクル）であってもよい。続いて、第１電池は、第２コースを実現するために、少なくとも部分的に放電され、続いて再び充電されることが可能である（第２充電サイクル）。あるいは、第１充電サイクルと第２充電サイクルとの間に、少なくとも１つのさらなる充電サイクルおよび／または少なくとも１つのさらなる放電サイクルがあってもよい。

【0037】

あるいは、第２コースは、第２電池の充電プロセスに基づいて決定されてもよい。第２電池は、例えば、少なくとも１つの第１電池と等しいか同等の特性を備えてもよい。特性は、例えば、（電池セル、電極、電解質が配置される容積などの）形状、少なくとも１つの電気的特性（セルサイズ、充電電圧、形状寸法など）を含んでもよい。具体的には、第２電池は、例えば、第１電池と同じ製造バッチでも製造され得る同一構造の電池であってもよい。

【0038】

代替的または追加的に、第１コースおよび／または第２コースが、各々、対応するコースが決定される複数（２つ、３つ、４つ、またはそれ以上）の電池にわたる平均値を記述することも考えられる。平均値は、幾何学量、二乗、またはメジアン平均値であってもよい。平均値を計算することにより、複数の電池にわたる参照電流プロファイルの高いコースマッチングが可能になる。代替的または追加的に、コースは、印加される電流強度に基づいてＳＥＩの形成を再現（モデリングまたはシミュレーション）すること等により、モデルおよび／またはコンピュータシミュレーションに基づいて形成されてもよい。

【0039】

第１コース、第２コース、および／または、参照電流プロファイルは、重なり合った関数形式のような連続するコースであってもよい。あるいは、第１コース、第２コース、および／または、参照電流プロファイルは、さらなる値の補間または外挿を許容する複数の離散値であってもよい。

【0040】

図２は、ある実施形態において、参照電流プロファイルを決定するための方法を示す概略フローチャートである。方法２００は、ステップ２１０を含む。ステップ２１０では、第１充電サイクルの間の第１電池のエネルギー吸収を記述する第１コースが、第２コースと比較される。第２コースは、第１充電サイクルに続く第２充電サイクルの間の第１または第２電池のエネルギー吸収を記述する。この比較は、複数の時間間隔について実行されてもよい。ステップ２１０は、ステップ１１０であってもよい。

【0041】

ステップ２２０では、ステップ１２０に関して説明したように、複数の時間間隔の各々について、第１および第２コース間のずれを決定する。

【0042】

方法２００のステップ２３０では、形成されるべき別の電池へ、その形成の間に供給される電気エネルギー量を、後続の時間間隔において減らすという決定がなされる。これは、比較に基づいて行われてもよい。この比較は、例えば、供給される電気エネルギーによって引き起こされる形成の度合いが、電気エネルギーによって引き起こされ得る形成の４０％以上、６０％以上、または８０％以上であることを示してもよい。一部は、例えば、（おそらくは異なる時間間隔における）基準電池に対して測定を実行すること、または、対応する電池タイプについてのシミュレーションを実行することによって、結論づけられてもよい。ずれ値は、変換関数によってその部分と相関されてもよい。複数の時間間隔にわたってこのように決定される電気エネルギー量のコースは、少なくとも部分的に、参照電流プロファイルを記述することが可能である。分かり易く表現すると、参照電流プロファイルは、複数の時間間隔にわたって決定される電気エネルギー量を観察することによって得られてもよい。

【0043】

既知の方法では、ＳＥＩ形成がいつ、どの形態で起こるかを十分に考慮することができない。電流強度が予め規定された基準に基づいて一定に設定される、または段階的に増加するように設定される既知の方法と比較して、方法２００は、例えば、その時点でのＳＥＩ形成の度合いが低い場合、本方法を加速させるため、などというような必要に応じて、供給されるエネルギー量を増加することを可能にする。さらに、本方法は、必要に応じてエネルギーの量を減らすことも可能にする。これは、例えば、高測度の電気エネルギー、即ち、供給される電気エネルギーの少なくとも４０％、少なくとも６０％、または少なくとも８０％がＳＥＩ形成へと移行される場合に起こり得る。電池を完全に充電する場合、ＳＥＩは、より高度に形成されてもよく、より均質な状態で形成され、および／または、形成プロセス（充電サイクル）は、より短時間で行われる。

【0044】

第１および第２充電サイクルは、例えば、電池へ印加される電流強度に基づいて、一定値または既定値（おそらくは、可変値）で行われてもよい。定電流強度は、例えば、１／５０Ｃ、１／３０Ｃ、１／１０Ｃ、またはこれらの間の値といった任意の値を含んでもよい。したがって、値１Ｃは、例えば、単位ｍＡで示される電池の電流を記述する。電池の容量が、例えば２０００ｍＡｈである場合、１Ｃは、電流強度２０００ｍＡに相当する。

【0045】

方法１００および／または方法２００は、第１または第２コースが所定の充電または放電プロセスに関連づけられるように実行されてもよい。さらに、方法１００および／または方法２００は、繰り返し実行されてもよい。繰返しは、例えば、第１の繰返し（第２の実行）において、第１コースが基本的または完全に、先行する実行の第２コースに一致するように実行されてもよい。形成は、例えば、２つ、３つ、４つ、または５つの充電および／または放電サイクルを含んでもよい。分かり易く表現すると、参照電流プロファイルは、各々、繰り返される充電および放電サイクルのために形成され、および／または、使用されてもよい。電池を形成するための方法は、少なくとも１回の繰返しで繰り返し実行されてもよい。個々の実行（この方法の第１の実行またはさらなる実行）の第１コースおよび第２コースは、形成されるべき電池の充電または放電サイクルに関連づけられてもよい。繰返しの第１コースまたは第２コースは、この方法の先行する実行の第１または第２コースに比べて変化してもよい。例えば、電池の充電または放電は、電池が十分に形成されるまで、充電サイクルを、例えば、２回、３回、４回、５回、またはそれ以上の回数で繰り返してもよい。

【0046】

図３は、ある実施形態における方法３００を示す概略フローチャートである。方法３００は、例えば、ステップ１１０およびステップ２１０について説明したように、第１および第２コースを比較するために使用されてもよい。

【0047】

方法３００は、ステップ３１０を含む。ステップ３１０では、第１または第２電池により吸収される電荷量が決定される。電荷量は、複数の時間間隔の各々について決定される。

【0048】

方法３００は、ステップ３２０を含む。ステップ３２０では、吸収される電荷量と、第１または第２電池の電池極へ印加される電圧の変化を記述する電圧変化との割合が確立される。この割合は、複数の時間間隔の各々について確立される。

【0049】

図４は、第１コース（形成サイクル）１２の一部および第２コース（形成サイクル）１４の一部を示す概略図である。コース１２およびコース１４は、各々、例示的に充電サイクルを記述しているが、この論考は、放電サイクルにも当てはまる。図の横座標には、単調増加する電圧が単位ボルトでプロットされている。電圧は、電池のプラス極とマイナス極との間に印加される、またはタップ可能な物理的電圧であってもよい。代替的または追加的に、電圧は、物理的電圧のシミュレーション結果（例えば、数学的値など）であってもよい。電圧勾配ｄＵ／ｄＱは、図の縦座標にプロットされ、個々の電池から得られる電荷量ｄＱに対する横座標上の印加電圧の変化ｄＵを記述する。電圧勾配は、第１または第２電池により吸収される決定された電荷量に基づいて、複数の時間間隔の各々について決定することができる。縦座標は、単位Ｖ／ｍＡｈを示す。本図は、例えば、おそらくは電流強度の低い電流を電池へ印加することによって達成されてもよい。これにより、電圧（横座標）が増加する場合があり、勾配（変化または変化速度）が縦座標に示される。横座標および縦座標に示される値は、単なる例示および略示であり、限定的な効果を意図するものではない。

【0050】

コース１２およびコース１４は、電池の例示的な動作範囲において示されている。動作範囲は、例示的に、下限を約３ボルト、上限を約４．２ボルトとする。異なるコースは、異なる下限および／または上限を含んでもよい。異なるコースは、異なる下限（約０ボルト、１ボルト、または別の値など）および／または異なる上限（２ボルト、３ボルト、５ボルト、または別の値など）を含む、少なくとも１つの領域内で決定されてもよい。例えば、コース１２またはコース１４の少なくとも一方は、一部が例えば、動作範囲外（かなり消耗した電池のシミュレーションまたは参照測定に基づくなど）および一部が動作範囲内（充電プロセスの間の測定によるなど）といったように、部分毎に決定されてもよい。

【0051】

本図は、例示的に、４つの時間間隔１８ａ−１８ｄにおいて、第１コース１２と第２コース１４との間に４つのずれ１６ａ−１６ｄを含む。すでに説明したように、コース１２および／またはコース１４は、複数の時間間隔に細分されてもよい。集約すると、時間間隔は、充電または放電サイクルの少なくとも２０％、少なくとも５０％、または少なくとも８０％となる一部を含んでもよく、またはこれを完全に含んでもよい。図を単純化（または簡略化）するために、４つの時間間隔１８ａ−１８ｄのみを示しているが、複数の（２つを超える、５つを超える、または１０を超えるなど）時間間隔が複数のコースにわたって互いに、おそらくは途切れずに、つながっていてもよい。

【0052】

第１のずれ１６ａは、約３．１Ｖの電圧において生じ、第２のずれ１６ｂは、約３．１７Ｖの電圧において生じ、第３のずれ１６ｃは、約３．３Ｖの電圧において生じ、かつ第４のずれ１６ｄは、約４．１５Ｖの電圧に生じる。低電圧（ずれ１６ａおよびずれ１６ｂ）の場合、第１充電サイクル（コース１２）の充電固有の電圧増加は、比較的小さい。

【0053】

本図は、高いｄＵ／ｄＱ値を示しているように見えるが、この領域では、電池の化学的性質に起因して電圧がより大きく増加してもよい。即ち、この領域における正常な電圧増加は、より大きいものである。したがって、基準（即ち、次のコース）またはさらなる形成状態を示す電池は、標準として使用され、（変化する２曲線を有する）ＳＥＩ形成を推定するために現行または先行サイクルと比較されてもよい。

【0054】

これは、大きな差（ずれ１６ａ）が存在することを意味する。これにより、強力なＳＥＩ形成が存在すると結論づけることができる。これによって、次に、低い電流強度値を有する（ステップ１３０におけるような）参照電流プロファイルの電気エネルギー量を決定することができる。

【0055】

ずれ１６ａ−１６ｃのずれ値は、例示的には、ずれ１６ａを起点にずれ１６ｂを経てずれ１６ｃへと減少する。これは、ＳＥＩ形成の減少を示唆する。これによって、次に、参照電流プロファイルが、時間間隔１８ａ−１８ｃにおいて、形成されるべき電池に対して、次第に増加するエネルギー量が供給されるべきであるという事実に関する情報を含むように、電気エネルギー量を決定することができる。

【0056】

ｄＵ／ｄＱ曲線（コース１２およびコース１４）が少なくとも略等しい（許容範囲内で略等しい）領域では、ずれが小さくなり得る。この場合、参照電流プロファイルが、これらの時間間隔において、高い、または最大の電流が電池へ供給されるべきであるという情報を含むように、電気エネルギー量を決定してもよい。

【0057】

時間間隔１８ａ−１８ｄの長さは、所望に応じて小さく形成されてもよい。例えば、参照電流プロファイルの時間間隔の時間的長さは、第１コース１２または第２コース１４が最大０．０１Ｖ、最大０．０５Ｖ、または最大０．２１Ｖで変化するタイムスパンを記述してもよい。代替的または追加的に、時間間隔１８ａ−１８ｄの持続時間は、電池が、およそ０．１％であるなど、少なくとも０．０１％で最大３０％、少なくとも０．０５％で最大１０％、または少なくとも０．０９％で最大１％の許容範囲内で変化しない電圧を含むタイムスパンに関連してもよく、これと相関してもよい。あるいは、時間間隔１８ａ−１８ｄの長さは、例えば、１０秒から３時間までの範囲、１分から１時間までの範囲、または５分から３０分までの範囲内といった持続時間に基づいて得られてもよい。具体的には、１時間当たりの電気エネルギー量を形成プロセスの間に少なくとも３回適合させることが効果的であり得る。

【0058】

第１充電プロセスの終わりに向けて（例えば、４．１Ｖより大きい電圧）、第１コース１２のｄＵ／ｄＱ値は、第２充電プロセスに比べて再び減少する（ずれ１６ｄ）。この領域において、参照電流プロファイルは、低減された電流強度を提供する命令を含んでもよい。各時間間隔１８ａ−１８ｄについて、電圧に依存する差（ずれ）は、２つのコース１２および１４から計算されてもよい。あるいは、例えば、第１コース１２の値および第２コース１４の値を含む商を用いて、ずれが決定されてもよい。このずれは、例えば、Ｄ_ｉ（Ｕ）と称されてもよい。これは、例えばＩ_ｉ（Ｕ）＝ｆ（Ｄ_ｉ（Ｕ））で表され得る固定変換関数（ｆ）を用いて、電流プロファイルまたは参照電流プロファイルＩ_ｉ（Ｕ）へ変換されても、マッピングされてもよい。変換関数ｆは、例えば、最初の電流強度（Ｉ_{Ｓｔａｒｔ}）が、およそ１／２０Ｃである１／５０Ｃから１／５Ｃまでの間、１／３０Ｃから１／１０Ｃまでの間（即ち、Ｉ_ｎｅｎ／５０からＩ_ｎｅｎ／１０までの間）の値に一致するように決定されてもよい。この電流強度は、例えば、１Ｃ（Ｉ_ｎｅｎ）など既定の最大値に等しくなるまで、直線的に、指数関数的に、または異なる関連づけによって増加してもよい。変換関数は、例えば、Ｉ_ｉ（Ｕ）＝Ｉ_ｎｅｎ・（１−（Ｄ_ｉ（Ｕ）／（Ｄ１／（１−Ｉ_{Ｓｔａｒｔ}））））で表わされてもよく、ここで、Ｄ１は、少なくとも１つのずれの値に対応し得る。値Ｄ１は、最も大きいずれ値であってもよい。あるいは、これは、時間間隔の個々のずれ値（例えば、ずれ１６）であっても、少なくとも１つのずれ値から導出される値であってもよい。電圧とは別に、本図または完全な参照方法は、時間軸（Ｉ_ｉ（ｔ））、または絶対電荷（Ｉ_ｉ（Ｑ））または電気エネルギー（Ｉ_ｉ（Ｅ））の軸を用いて表わされてもよいし、および／または、対応的に計算される値を含んでもよい。

【0059】

充電または放電サイクル、または形成プロセスの間、可変変換関数が適用されてもよい。電池の第１電圧領域（例えば、動作範囲外）では、例えば、第１変換関数または一定値の定電流が電池へ印加されてもよい。第２電圧領域（例えば、動作範囲内）では、異なる変換関数が所定の電流値に影響を及ぼしてもよい。分かり易く表現すると、変換関数は、充電または放電プロセスにわたって可変であってもよい。

【0060】

電池の極で得られ、かつ、充電または放電サイクルの間に変化し得る電圧、電圧の変化（おそらくは、電池へ供給される電荷量に依存する）、および／または電池へ供給される電荷量は、相互関係を示し、かつ少なくとも十分な精度で転送可能であってもよい。したがって、異なるコース、ずれ、および／または参照エネルギープロファイルは、電圧、電圧変化、および／または電荷量に関連してもよい。

【0061】

分かり易く表現すると、電気エネルギー量は、時間間隔の各々について、ずれに基づいて決定されてもよい。電気エネルギー量は、形成プロセスの間に、形成されるべき電池へ供給されるエネルギー量に関する参照電流プロファイルの予め設定されたデフォルト値を記述することができる。電気エネルギー量の決定は、少なくとも１つの関数引数（ずれ）を有する変換関数に基づいて行われてもよい。

【0062】

差として記述されるずれ１６ａ−１６ｄの代替として、ずれの決定は、第１コース１２と第２コース１４の値の商を計算することも含んでもよい。

【0063】

参照電流プロファイルは、例えば、ある時間間隔の定電流強度を示してもよい。時間間隔は、電流強度において略類似する、動的な変化が得られるように短くてもよい。

【0064】

第１コース１２および第２コース１４は、曲線として表されているが、第１コース１２および／または第２コース１４は、個々のコースが内挿または外挿されるような複数の値であってもよい。参照電流プロファイルは、コースとして表現されてもよく、関数または複数の値として表現されてもよい。

【0065】

言い換えれば、ｄＵ／ｄＱ線図は、導入または放出される電荷に対して、電圧が、短い時間間隔ｄｔでどれだけ大きく変化しているかを示している。したがって、電圧の変化に対してより大きな電荷が必要とされる場所を示すことができる。例えば、第１形成サイクル（コース１２）と次の第２サイクル（コース１４）を比較すると、第１充電または第１充電プロセスが、どの領域において電圧変化に対してより高い電荷を必要とするかを決定することができる。この追加的電荷は、少なくとも部分的に副反応、ここではとりわけＳＥＩ形成において失われる。したがって、２つの曲線コースの差（ずれ）は、少なくとも部分的に、ＳＥＩ形成の大きさの程度を表す。したがって、一方では、前述したように、最適な形成電流プロファイルを確立することができる。参照形成は、低い定電流でも実行することができる。おそらくは連続的な充電および／または放電プロセスである２つのｄＵ／ｄＱ曲線の差は、電流プロファイルを形成するように公式（変換関数）を用いて変換することができる。

【0066】

図５は、ある実施形態において、電池を形成するための方法５００を示す概略フローチャートである。方法５００のステップ５１０では、方法１００または方法２００に従って、参照電流プロファイルが取得される。この取得は、例えば、取得された参照電流プロファイルを記憶し、および／または、これを伝達することによって行われてもよい。

【0067】

方法５００のステップ５２０では、電池がある量のエネルギーによって充電される。エネルギー量の時間的コースは、参照電流プロファイルに基づく。分かり易く表現すると、制御可能なエネルギー源は、電池に対して、参照電流プロファイルで始まる、またはこれに従った量のエネルギーを提供するように制御されることが可能である。

【0068】

図６は、ある実施形態において、参照電流プロファイル２２を用いるための装置６０を示す概略ブロック回路図である。参照電流プロファイル２２は、例えば、方法１００または方法２００を用いて確立される。接点２６ａおよび接点２６ｂで電池２４へ結合される制御可能なエネルギー源２８は、参照電流プロファイルに従って電池２４へ電気エネルギーを供給するように構成される。例えば、参照電流プロファイル２２は、制御装置３２のメモリに記憶することができる。あるいは、適応された個々の参照電流プロファイルを用いて形成を繰り返し実行できるように、メモリ２２には、幾つかの参照電流プロファイルが記憶されてもよい。参照電流プロファイルは、時間ｔにわたる電流Ｉのコースで表される。前述したように、時間ｔは、電池２４が所定の物理的状態、または図４に関連して述べたように、例えば、電池の極間または接点２６ａおよび２６ｂ間の電圧のような許容範囲内で不変の物理的状態を含む間の幾つかの間隔である、または参照電流プロファイルに記述されているもの、として理解されてもよい。

【0069】

電池２４が、例えば、その１つまたは複数のコースが参照電流プロファイルを決定するために使用されている電池と等しい、または同等な特性を有する場合、参照電流プロファイルの使用は、効率的な、即ち高速および／または高品質のＳＥＩ形成を可能にする。

【0070】

制御可能なエネルギー源は、例えば、制御可能な電流源であっても、制御可能な電圧源であってもよい。具体的には、これは、制御可能な直流源であってもよい。参照電流プロファイルは、例えば、電流強度、電圧強度または既に供給された電荷またはエネルギーの量に依存して確立されてもよい。

【0071】

図７は、ある実施形態において、電池２４を形成するための装置７０を示す概略ブロック回路図である。装置７０は、制御可能なエネルギー源２８と、制御手段３４とを備える。制御手段３４は、制御可能なエネルギー源２８を複数の時間間隔において制御するように構成される。制御手段３４は、制御可能なエネルギー源２８を制御して、電流強度、１つまたは幾つかの電流パルスの周波数などを動的に変えられるように構成されてもよい。装置７０は、少なくとも１つ、幾つか、または各々の時間間隔における電池２４の物理的状態を決定するように構成される検出手段３６を備える。制御手段３４は、検出された物理的状態に基づいて制御可能なエネルギー源２８を制御し、残りの現行または後続の時間間隔の間に電池２４へ供給される電気エネルギー量を増加または低減させるように構成される。

【0072】

物理的状態は、例示的には、電池の電池極へ印加される電圧、電池２４へ供給される電流強度、電池により吸収される電荷量、電気エネルギーが電池に吸収される持続時間、電池へ適用される温度、または電池内の温度、および／またはこれらから導出される値に関連してもよい。具体的には、物理的状態は、図４に関連して述べた電圧勾配に関連してもよい。代替的または追加的に、物理的状態は、電池により吸収される電荷量に対する、電池の電池極へ印加される電圧（ｄＵ／ｄＱ）の電圧変化に関連してもよい。

【0073】

分かり易く表現すると、参照電流プロファイルは、少なくとも部分的に、電池２４の形成の間に、検出される物理的状態に基づいて、および／または検出されるコースに基づいて、決定することができる。時間間隔の各々について、制御手段３４は、制御可能なエネルギー源２８を、供給される電気エネルギーの測定値が変わらない、増加される、または減少されるように制御することができる。例えば、電荷量は、過熱を回避するために、電池２４の決定された加熱に基づいて低減されてもよい。

【0074】

代替的または追加的に、制御手段３４は、物理的状態の測定値、例えば検出手段３６により提供される値またはこれから導出される値、をエネルギー量へ関連づけるように構成されてもよい。制御手段３４は、さらに、制御可能なエネルギー源２８を制御して、制御可能なエネルギー源に電池の決定されたエネルギー量を後続の時間間隔内で、即ち決定後に続く持続時間内に提供させるように構成されてもよい。具体的には、時間間隔は、電気エネルギー量の適応が、基本的には動的直流法に相当するほど短くてもよい（例えば、おおよそ１分）。

【0075】

例えば、エネルギー量は、電池２４の所定の温度、電池２４の所定の電圧またはコース間の所定のずれに関連づけられてもよい。例えば、制御手段３４は、エネルギー量（関数値）を取得するために変換関数を物理的状態（関数引数）へ適用するように構成されてもよい。

【0076】

換言すれば、ｄＵ／ｄＱ値の計算は、電流プロファイルを先に決定する代わりに、個々のセルを形成する際に直接行われてもよい。これは、参照形成からのコース１４のような第２サイクルと比較され、その差が新たな形成電流に変換されてもよい。これにより、セルの実際の状態をより深く考慮することが可能になる。ｄＵ／ｄＱ基準は、モデルおよび／またはシミュレーションによって確立されてもよい。

【0077】

図８は、装置７０と比較して、参照電流プロファイルおよび／またはコース（コース１２または１４のような）または物理的状態の予め設定されたデフォルト値を記憶するように構成されるメモリ３８をさらに備える装置８０を示す概略ブロック回路図である。参照電流プロファイルは、電池へ供給される電気エネルギー、および／または充電サイクルの複数の時間間隔の少なくとも１つに関する物理的状態の予め設定されたデフォルト値を含んでもよい。制御手段３４’は、例えば、制御可能なエネルギー源２８を、メモリ３８に記憶される参照電流プロファイルに基づいて制御するように構成される。

【0078】

制御手段３４’は、例えば、参照電流プロファイル３８に記憶される物理的状態の基準値と、検出手段３６による決定される物理的状態とのずれに基づいて、時間間隔の少なくとも１つ、幾つかまたは各々について、物理的状態と物理的状態の予め設定されたデフォルト値とのずれを決定するように構成される。代替的または追加的に、予め決定されるコース１４は、例えば、メモリ３８に記憶されてもよい。電池２４の電圧の検出、および電池２４へ供給される電荷量の考察は、参照電流プロファイルの値の決定および／または予め設定される提供エネルギー量のデフォルト値の決定が動作の間に起こり得るように、コース１２を動作の間に（オンラインで）取得することを可能にする。これは、コース１２またはコース１４の少なくとも一方がまさに展開しようとしている状態であり得ることを意味する。これは、決定に際して電池２４の現行状態を考察できるという理由で、エネルギー量の高精度な決定を可能にする。

【0079】

制御手段３４’は、さらに、物理的状態の予め設定されたデフォルト値と検出された物理的状態とのずれが例えば、３％より大きい、５％より大きい、または１０％より大きい場合に、電池２４がより低い、またはより高い測度の電気エネルギーで充電または放電されるように、制御可能なエネルギー源２８を参照電流プロファイルの予め設定されたデフォルト値から逸脱して制御するように構成される。

【0080】

あるいは、適応された個々の参照電流プロファイルによって形成を繰り返し実行できるように、メモリ３８には、幾つかの参照電流プロファイルが記憶されてもよい。

【0081】

本明細書に記述する実施形態の一態様は、形成されるべき電池の形成を、定電流強度を用いる形成のコース１２またはコース１４と比較して、少なくとも１つの時間間隔の間の電気エネルギー量（電流強度）を増やすことによって加速する方法である。図４に示すコース１２およびコース１４では、より低い電流強度に基づいて、開路電圧と電池における実際の電圧との間の誤差がより低いか、無視できるものであり得るが、電流強度を増加させると、電池によっては、形成の間に電池極へ印加される電圧が開路電圧から逸脱する結果となり得る。これに関連して、開路電圧は、無負荷状態における電池電圧を意味し、よって、無負荷電圧であると理解されてもよい。この場合、オーミック効果の省略とは別に、キャパシタ効果および／または拡散効果の低下が待たれてもよく、後者は、オプションである。参照エネルギープロファイルまたは図４に一致する定電流強度と比較して電流強度または電流増加が高まれば、ずれは、ますます強くなり得る。したがって、形成されるべき電池の充電が増大すると、印加される電圧は、開路電圧より高くなり、または、形成されるべき電池の放電が増大すると、開路電圧より低くなり得る。ここでの開路電圧は、電池極に負荷またはエネルギー源が接続されていない電池状態であると理解されたい。

【0082】

ある実施形態によれば、図６から図８に記載されている装置の制御手段３２、３４および／または３４’は、図９を参照して記載するように、参照エネルギープロファイルの補正を実行するように構成される。図９は、例示的に、充電プロセスの間の補正を示すものであるが、制限なしに放電プロセスに移行されてもよい。

【0083】

図９は、本明細書に記述する実施形態の一態様に従って達成することができる、形成プロセスの間の電池電圧のコースを示す概略図である。

【0084】

制御装置は、時間ｔ_１において電池への充電または放電電流の供給を中断するように構成されてもよい。制御装置は、例えば、電池極Ｕ_ｂａｔｔにおける潜在的な誤った電圧のような物理量を検出するように構成される。この場合、制御装置は、物理量（電圧）を時間ｔ_１で、または時間ｔ_１の直前で検出するように構成されてもよい。例えば、電圧は、値Ｕ_１を含む。好ましくは、制御装置は、電圧Ｕ_ｂａｔｔを、中断の少し前、即ち、せいぜい数秒または数分前に、または中断時に検出する。あるいは、例えば、電荷キャリアの量、電流強度などの異なる物理量が、対応する変換量を介して検出されてもよい。

【0085】

続いて、制御装置は、エネルギー供給またはエネルギー排出の中断を時間間隔Δｔにわたって保つように構成され、時間間隔Δｔにより、電圧Ｕ_ｂａｔｔは、値Ｕ_１から値Ｕ_２へ変えられる。Ｕ_２は、開路電圧と称されてもよく、間隔Δｔの長さは、Ｕ_２の値に影響し得るが、これについては後述する。

【0086】

制御装置は、制御装置が開路電圧の値を把握するように、時間ｔ_１の後に続く時間ｔ_２で値Ｕ_２を有する電圧Ｕ_ｂａｔｔを再び検出するように構成されてもよい。制御装置は、開路電圧Ｕ_２を参照エネルギープロファイルと比較して、印加される電流強度を決定するために使用され得る電圧測定値Ｕ_１と実際の開路電圧Ｕ_２とのずれΔＵを決定するように構成されてもよい。

【0087】

制御装置は、放電プロセスまたは充電プロセスが継続されるように、時間ｔ_２においてエネルギー源を再び電池へ接続するように構成されてもよい。制御装置は、決定されるずれΔＵによって参照エネルギープロファイルを補正するように構成されてもよい。これは、印加されるべき電流強度を決定する際に、電池電圧Ｕ_ｂａｔｔの物理的状態がずれΔＵによって補正され、かつ印加されるべき電流強度が、補正された物理的状態（Ｕ_ｂａｔｔ−ΔＵ）に基づいて選択されるように行われてもよい。図９から明らかであるように、時間ｔ_２の後に続く時間ｔ_３において、電池電圧Ｕ_ｂａｔｔは、エネルギーの供給または排出により再び乱され得るが、これは、少なくとも部分的に補正により補償される場合があり、よって、待ち時間Δｔにも関わらず、形成プロセスの効率および精度が高まる。

【0088】

待ち時間Δｔは、如何なる時間間隔であってもよい。好ましくは、この時間間隔の持続時間値は、０．１秒から６００秒までの範囲内である。持続時間は、電池における考慮されるべき少なくとも１つの物理的効果に依存して選択されてもよい。したがって、例えば、主として電池におけるオーミック効果を、少なくとも０．１秒から最大１秒までの範囲内の持続時間Δｔで考慮することができる。より長い、１秒を超える最大６００秒の持続時間Δｔは、さらに、電池におけるキャパシタ効果および／または拡散効果を考慮することができる。

【0089】

効果的なさらなる展開によれば、制御装置は、例えば、電池２４の内部抵抗のような補助量に基づいて補正を実行するように構成される。この場合、制御装置は、電池の補助量を、オームの法則を用いながら、電圧値Ｕ_１、Ｕ_２と、中断前に電池へ供給されたエネルギー量と、に基づいて計算するように構成されてもよい。以下の説明は、補助量を電池の内部抵抗として計算することに関連する。しかしながら、例えば、導電値または他の数学量のような、物理学では一般的でない電圧値Ｕ_１、Ｕ_２とエネルギー量との組合せを含む他の任意の量も使用され得ることを指摘しておく。

【0090】

制御装置は、決定されるずれΔＵを用いて内部抵抗を決定し、および／または内部抵抗を基準内部抵抗と比較するように構成されてもよい。内部抵抗の決定は、オームの法則を用いて実行されてもよい。内部抵抗は、電池におけるＳＥＩ形成の増加と共に変化する。図４に関連して論じたように、電池における電圧が充電または放電プロセスによって比較的大きく変化し、同時にＳＥＩがほとんど形成されない、即ち、供給されるエネルギーのほんの一部がＳＥＩ形成に転送され、大部分は電池の充電に転送される時間間隔が存在してもよい。したがって、これらの部分では、開路電圧が大きく変化するのに対して、内部抵抗は僅かしか変化しない。内部抵抗を補正目的で用いることで、電池の実際の状態に関する結論を引き出せるため、プロセスのさらなる精度向上が可能になる。

【0091】

決定される内部抵抗は、中断後に電池へ供給される電流を考慮しながら参照エネルギープロファイルを補正する電圧値に変換されてもよい。電流が中断前の値と比較して変わらない場合、結果は、ΔＵであり得る。しかしながら、変化する電流が印加される場合、変化した電圧差ΔＵ’が補正値として得られてもよい。決定される電圧値は、参照エネルギープロファイルを補正するオフセット値を形成してもよく、これは、図４、即ち印加されるべき電流と電池極における電圧との関係に類似して、図のｘ軸上の参照エネルギープロファイルのオフセット値によるシフトであると理解されてもよい。

【0092】

次に、補助量の優位点を、理論的な見解を利用して説明する。中断後に、エネルギー供給の中断前よりも高い、または低い電流が電池へ印加されるとすれば、電圧差ΔＵを純粋に補正のために使用することより、先に説明した補正値の決定に際して考慮されない追加的な誤差が既に存在することになる。しかしながら、補助量が使用されれば、変更された新しい電流が補助量と組み合わされてもよく、その結果、前とは異なる電圧差が得られる。この異なる電圧差は、補正値またはオフセット値として使用されてもよく、かつ同時に、供給されるエネルギー量の変化を考慮している。

【0093】

基準内部抵抗は、例えば、第１コース１２および／または第２コース１４の間に制御装置のために検出されかつ記憶されてもよい。制御装置は、決定される内部抵抗またはその基準内部抵抗との比較に基づいて、参照エネルギープロファイルを補正するように構成されてもよい。

【0094】

開路電圧を利用する補正は、特に電流をさらに適応しない限り、十分な精度を提供し得る。しかしながら、さらに適応するのであれば、決定される電圧Ｕ_１とＵ_２とのずれは、電流の適応もまた実際の電圧Ｕ_１と開路電圧Ｕ_２とのずれを引き起こし得るため、電池の実際の状態とは異なり得る。これは、電流を再び増加させると、その時点ではまだ決定されていない追加的な誤差が生じ得ることを意味するが、これは、決定されるΔＵが正しくない場合があることを意味する。これは、電流が適応されるあらゆる時点で誤差または補正を決定することにより、回復されてもよい。あるいは、内部抵抗は、電流の適応によって影響されない、または僅かしか影響されないことから、効果的には、内部抵抗が使用されてもよい。したがって、決定される内部抵抗は、内部抵抗を決定するための中断数、ひいては補正による時間の損失が少なくなるように、将来の適応にも使用される場合がある。

【0095】

記述している補正は、図８に関連して述べたように、オンライン方法で適用されてもよい。この場合、電気エネルギーの量は、動作の間に確立されてもよい。よって、この電気量は、補正方法を、既に補正された値が適用されるように用いることによって補正されてもよい。

【0096】

開路電圧の測定および／または内部抵抗の決定は、所望される頻度で行われてもよく、例えば、ずれ１６ａ−１６ａが決定される頻度に一致してもよい。あるいは、開路電圧の測定および／または内部抵抗の決定は、幾つかの時間間隔についてのみ行われてもよく、時間間隔に関わりなく行われてもよい。

【0097】

第１または第２コースの、実際の開路電圧Ｕ_２と仮定された擬似開路電圧との間で決定されるずれは、制御装置のメモリにオフセット値として記憶され、新しい測定まで補正目的で考慮されてもよい。代替的または追加的に、第１または第２コースの、実際の内部抵抗と仮定された擬似内部抵抗との間で決定されるずれは、制御装置のメモリにオフセット値として記憶され、新しい測定まで補正目的で考慮されてもよい。

【0098】

要約すると、参照エネルギープロファイルを補正するための方法は、次のようなステップ、即ち、形成されるべき電池の、例えば、電流のような電池へ供給される電気量に関する情報を含む参照エネルギープロファイルに従った充電または放電が実行され得るステップを含んでもよい。さらに、第１の時点ｔ_１における電池の第１の物理量の決定が行われてもよい。電池の充電または放電が中断されてもよく、かつ第１時点ｔ_１の後に続く第２時点ｔ_２における電池の第１物理量が決定されてもよい。本方法は、第１時点における第１物理量と第２時点における第２物理量とのずれを決定することと、決定されるずれに基づいて参照エネルギープロファイルを補正することと、充電または放電を再開することを含んでもよい。

【0099】

本方法の効果的なさらなる展開によると、参照エネルギープロファイルが、電池の電池極へ印加される電圧に依存して電池へ供給される電気量に関する情報を含み、第１物理的状態が、電池の電池極へ印加される電圧であり、かつ参照エネルギープロファイルの補正が、決定されるずれに基づいて行われてもよい。

【0100】

本方法のさらなる効果的な展開によると、電池の補助量が、ずれに基づいて、かつ中断前の第１の値で電池へ供給される電気量（電流）に基づいて決定されてもよい。参照エネルギープロファイルの補正値は、補助量に基づいて、かつ再開後に印加される、電池へ供給される第２の値の電気量に基づいて決定されてもよい。この補正値は、第１の値とは異なる場合も、等しい場合もある。参照エネルギープロファイルは、決定される補正値に基づいて補正されてもよい。この補正は、本明細書に記述されている実施形態の装置により、他の方法とは独立して、または他の方法と組み合わせて実行されてもよい。

【0101】

代替的または追加的に、これらの効果的な展開は、第２時点ｔ_２における電池２４の第１物理量が、電池２４の開路電圧Ｕ_２であるように実行されてもよい。

【0102】

分かり易く表現すると、第１または第２コースと比較して加速された充電または放電は、第１または第２コースの開路電圧と比較すると電池極へ印加される電圧にずれを生じさせることがあり、よって、形成の間、電池極における電圧と開路電圧とが同等と見なされる場合に不正確さが生じる。この不正確さは、実際の開路電圧を利用することによって低減されることがあり、かつ補正パラメータとして内部抵抗を用いる場合には、さらに低減され得る。

【0103】

換言すれば、制御手段３２、３４および／または３４’は、さらに、接続されるセルの電流内部抵抗を確立しかつ相応して参照電流プロファイルまたは参照エネルギープロファイルを適応できるように、構成されてもよい。この場合、制御手段は、エネルギー供給またはエネルギー排出（あるいは、電流供給／電流排出、あるいは、充電プロセス／放電プロセス）を短時間（０．１〜６００秒間）中断する。その結果、測定可能な電圧応答（ｄＵ_ｔ）が生じる（ｄＵ_ｔ＝Ｕ_{中断前のまま}−Ｕ_{中断からｔ秒後}）。この電圧応答を用いて、次には、既知の計算規則（Ｒ_ｔ＝ｄＵ_ｔ／Ｉ_{中断の少し前}）により内部抵抗が計算されてもよい。内部抵抗を用いて、参照電流プロファイルは、例示的に、ｘ軸上を、その時点の電流およびオームの法則の適用により測定される内部抵抗から計算される量（図４参照）だけシフトするように変更されてもよく、これは、参照プロファイルが内部抵抗を変える効果に関して補正されることを意味する。

【0104】

図１０は、電池を形成するための方法９００を示す概略フローチャートである。方法９００は、制御可能なエネルギー源によって、制御可能なエネルギー源へ結合される電池へ電気エネルギーが供給されるステップ９１０を含む。ステップ９２０では、制御可能なエネルギー源が複数の時間間隔において制御される。ステップ９３０では、各時間間隔において電池の物理的状態が決定され、電気エネルギー源は、決定された物理的状態に基づいて、後続の時間間隔の間に電池へ供給される電気エネルギー量が増加または低減されるように記憶される。

【0105】

後述する図１２ａ−図１２ｄは、先に述べた参照エネルギープロファイルを確立するための実施形態の適用可能性および／またはそのアプリケーションを概略的に説明している。具体的には、本明細書に記述されている実施形態がどのように機能するかについて説明するが、それは、規則的または正常に形成された電池や電池セルと、ＳＥＩがまだ形成されていない、または十分に形成されていない未形成の電池や形成されるべき電池との比較に基づいている。正常に形成された電池は、以下の諸図においてＸ２で参照され、かつそのＳＥＩが形成されている、または十分に形成されている、形成された電池または電池セルであると理解されてもよい。Ｘ１およびＸ３は、未だ形成されていない、または十分に形成されていない電池を指す。後述するような参照プロファイルの導出は、例えば、図４に関連して述べた測定値間の比較のような、２つのセル間の比較であると理解されてもよい。この場合、ｄＵ／ｄＱのコース、即ち電圧変化を指す測定値の差は、異なる充電および／または放電プロセス間の電荷キャリアの吸収量に関連する。Ｙ２により参照されるコースは、未形成のセルＸ１またはＸ３のコースＹ１と比較される、正常に形成されたセルＸ２の標準プロファイルに関連してもよい。あるいは、例えば、電流プロファイルのような参照エネルギープロファイルまたは参照プロファイルは、電池Ｘ３を形成するために計算され、または、初期測定値ではなくＹ３と称されるシミュレーションによって取得されることが可能である。

【0106】

図１２ａは、方法１１００を示す概略フローチャートであり、ステップ１１１０では、未形成の電池試験セル、即ち電池Ｘ１を用いて参考試験が実行される。ステップ１１２０では、例えば、ステップ１１１０で得た測定値と標準プロファイルＹ２を比較することなどによって、参照プロファイルＹ１が導出される。ステップ１１３０では、少なくとも１つの電池セルＸ３が、参照プロファイルによって形成されてもよい。ステップ１１１０は、例えば、ステップ１１０および／またはステップ２１０を含んでもよい。ステップ１１２０は、例えば、ステップ１２０、１３０および／または２２０を含んでもよい。ステップ１１３０は、方法９００を含んでもよい。

【0107】

図１２ｂは、方法１１００と比較して修正された方法１１００’を示す概略フローチャートである。ステップ１１０の代替として、方法１１００’は、ステップ１１１０の代わりに、またはステップ１１１０に加えて実行され得るステップ１１１０’を含む。 ステップ１１１０’では、未形成の、または部分的にしか形成されていない電池セルＸ１のシミュレーション（Ｙ３）が、形成された電池試験セルＸ２を用いて行われる。先に述べた実施形態に関連して論じたように、電池セルの試験の代わりに、相応のシミュレーションが実行されてもよい。

【0108】

図１２ｃは、既に形成された電池試験セルＸ２を分析するステップ１１５２を含む方法１１５０を示す概略フローチャートである。ステップ１１５４では、既に知られているように、これから標準プロファイルＹ２が導出されてもよい。ステップ１１５６では、ステップ１１５４で得た標準プロファイルおよび測定値から参照プロファイルＹ１が得られてもよく、これは、一種の調整回路において行われてもよい。ここで、ステップ１１５８では、例えば、標準プロファイルにより予め決められているような、例えば標準値を用いて、形成を開始してもよい。図７に関連して説明したように、形成中に検出された測定値に基づいて、ステップ１１６２では、ステップ１１５８により得られた形成、および電池セルＸ３またはＸ１の値の測定が例示される。これらの測定値は、ステップ１１５６において標準プロファイルＹ２と比較される。標準プロファイルＹ２は、この比較に基づいて、参照プロファイルＹ１を得るように適応される。これは、形成特性値が、形成の間および動作の間に適応され得ることを意味する。

【0109】

図１２ｄは、電池を形成するための方法１１５０’を示す概略フローチャートである。方法１１５０’は、方法１１５０に比較すると、方法１１５０のステップ１１５２に代えて、またはこれに加えて実行され得るステップ１１５２’を含む。ステップ１１５２’では、形成された電池試験セルＸ２のシミュレーションＹ３が行われるが、これは、形成された電池のシミュレーションが、ステップ１１５２における試験および／または測定の代わりに行われ得ることを意味する。

【0110】

換言すれば、電流強度は、ＳＥＩ形成において決定的な役割を果たしてもよい。電流強度は、異なる形成段階の間に、様々に強い影響を与えてもよい。加えて、電池セルの電気化学的挙動は、セルの化学的性質、幾何学形状など多くの要因に依存してもよい。先に述べた実施形態によれば、電流（エネルギー量）は、最適なプロセス速度および製品品質を達成するようにセルの電流特性に適応されてもよい。この場合、形成電子装置（制御手段）は、電流を、セルに関して先に規定されたプロファイル（参照電流プロファイル）に一致するように調整してもよい。代替的または追加的に、電流は、個々のセルの異なる測定値（物理的状態）によって適応されてもよい。これは、各時間区間について、こうして導出されるエネルギー量のデータ処理および新しい計算を可能にする。具体的には、参照電流プロファイルの適用と、測定値の使用とを組み合わせることができる。

【0111】

先に述べた実施形態は、第１充電および放電プロセスの間に負極および／または正極界面にＳＥＩを形成する全ての電池セルに適用されてもよい。ここでは、具体的には、黒鉛／炭素またはシリコン負極を有するリチウムイオン電池を指す。

【0112】

この場合、電流または電気エネルギー量の動的適応により、電流強度は、各時点においてセルの最適値を表すようになり得る。

【0113】

先に述べた実施形態は、接触により（直流）電流源へ電気接続される、充電されるべき電池セルに関する。形成は、動的電流によって行われてもよい。電流の強さは、あらゆる観察時点で動的に増加または低減してもよい。電流強度は、予め規定されるプロファイルによって規定されてもよい。このプロファイルは、参照測定または参照形成によって、またはモデルを用いるシミュレーションによって先に確立されてもよい。参照電流プロファイルは、所定の時間または電池の所定の電圧について電流強度を確立してもよく、さらに、サイクル数および電流の方向も役割を果たしてもよい。代替的または追加的に、参照電流プロファイルは、電池を固定された電流強度で放電することに関連してもよい。分かり易く表現すると、放電プロセスは、電流方向の逆転であると述べられてもよく、よって、上述のメカニズムがそのまま関連する制約なしに有効である。

【0114】

あるいは、電流は、１つまたは幾つかのセンサ（検出手段）によって測定される信号または値を用いて計算されてもよい。ここで重要なのは、電圧、時間、電流強度、温度、および／またはこれらから導出される、例えば、電荷量のような量であってもよい。さらに、例えば、装置８０のような、両方の方法で作製されるシステムが実現されてもよい。プロファイルは、例えば、予め設定され、測定される値に基づいて改訂され、および／または、補正される。

【0115】

上述の実施形態は、電池セルのサイクル安定性が等しい、または向上すらしている、形成プロセスの著しい加速を可能にする。プロセスを短縮することにより、時間的かつ結果として経済的な優位点が生じる。さらに、先に述べた実施形態により、形成されるＳＥＩの高品質（品質向上）が達成されてもよい。

【0116】

先に述べた実施形態は、形成を著しく短縮してもよく、これにより、形成装置または装置の生産スループットが高まる結果となってもよい。

【0117】

先に述べた実施形態は、電池セル、具体的にはリチウムイオン電池を製造する場合に適用されてもよいが、ＳＥＩ形成を含む異なるセルの化学的性質を備える他の電池セルにも適用されてもよい。例えば、これらは、負極材料として、黒鉛材料ではなくシリコンを有するセルであってもよい。具体的には、先に述べた実施形態は、電池セルを製造する間に形成のために使用されてもよい。

【0118】

幾つかの態様を装置に関して説明してきたが、これらの態様が対応する方法の説明をも表していることは明らかであって、装置のブロックまたは要素は、個々の方法ステップまたは方法ステップの特徴にも対応している。同様に、方法ステップのコンテキストで、または方法ステップとして説明されている態様は、対応する装置の対応するブロックまたはアイテムまたは特徴の説明をも表す。

【0119】

特定の実施要件によって、本発明の実施形態は、ハードウェアまたはソフトウェアに実装することができる。実装は、デジタル記憶媒体、例えばフロッピーディスク、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ、ハードドライブ、または、個々の方法が実行されるようにプログラム可能コンピュータシステムと協働する、または協働することができる、電子読取り可能制御信号を記憶している別の磁気的または光学的メモリを用いて実行することができる。したがって、デジタル記憶媒体は、コンピュータ読取り可能であってもよい。本発明による幾つかの実施形態は、本明細書に記述されている方法のうちの１つが実行されるようにプログラム可能コンピュータシステムと協働できる電子読取り可能制御信号を含むデータキャリアを含む。

【0120】

概して、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータ・プログラム・プロダクトとして実装することができ、プログラムコードは、コンピュータ・プログラム・プロダクトがコンピュータ上で実行されると方法のうちの１つを実行するように動作する。プログラムコードは、例えば、機械読取り可能キャリアに記憶されてもよい。

【0121】

他の実施形態は、本明細書に記述されている方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを含み、コンピュータプログラムは、機械読取り可能キャリアに記憶される。

【0122】

したがって、換言すれば、本発明の方法の一実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されると本明細書に記述されている方法のうちの１つを実行するためのプログラムコードを備えるコンピュータプログラムである。したがって、本発明の方法のさらなる実施形態は、本明細書に記述されている方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを記録して含むデータキャリア（または、デジタル記憶媒体、またはコンピュータ読取り可能媒体）である。

【0123】

したがって、本発明の方法のさらなる実施形態は、本明細書に記述されている方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは信号シーケンスである。データストリームまたは信号シーケンスは、例えば、インターネットなどのデータ通信接続を介して、転送されるように構成されてもよい。

【0124】

さらなる実施形態は、本明細書に記述されている方法のうちの１つを実行するように構成または適応される処理手段、例えばコンピュータまたはプログラマブル論理装置を備える。

【0125】

さらなる実施形態は、本明細書に記述されている方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムをインストールしているコンピュータを備える。

【0126】

実施形態によっては、プログラマブル論理装置（例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、ＦＰＧＡ）を用いて、本明細書に記述されている方法の機能の一部または全てを実行してもよい。実施形態によっては、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイは、本明細書に記述されている方法のうちの１つを実行するためにマイクロプロセッサと協働してもよい。概して、これらの方法は、好ましくは、任意のハードウェア装置によって実行される。これは、コンピュータプロセッサ（ＣＰＵ）などの汎用ハードウェアであっても、ＡＳＩＣなどの本方法固有のハードウェアであってもよい。

【0127】

制御可能なエネルギー源は、確立されたエネルギー量が、形成されるべき電池へ電流パルスまたは波状の電流によって伝導されるように制御または実装されてもよい。次には、実施形態で記述したように、エネルギー量の適応が、周波数または電流インパルスの強度または振幅量を変えることによって行われてもよい。

【0128】

上述の実施形態は、本発明の原理を単に例示したものである。本明細書に記述されている配置および詳細の変更および変形が他の当業者に明らかとなるだろう。したがって、本発明は、本明細書における実施形態の記述および説明として提示された特定の詳細ではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12a】

【図12b】

【図12c】

【図12d】