WO2012146367A2 - Vorrichtung und verfahren zur prüfung einer wiederaufladbaren batterie - Google Patents

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Helmut Gruber
Stephan WOLFRAM
Michael Roscher
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ThyssenKrupp System Engineering GmbH
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    • 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
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • 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

Definitions

  • the present invention is based on a device for testing a rechargeable battery, which has connection means for the electrically conductive connection of the device to a first and a second contact of the battery, wherein the device is designed such that the battery by means of the connection means a current course between the first and the second contact can be imprinted.
  • batteries are determined by the geometry and internal structure of the battery.
  • batteries such as lithium-ion batteries
  • other components such as Ableitfolien that are coated with the active material, tabs and / or and welding contacts on which affect the performance of the batteries.
  • the metallic Abieiter within the batteries for the performance of relevant, since these Abieitern ohmic losses occur when charging or discharging the battery.
  • Ableitkomponenten of materials with low current carrying capacity or high electrical resistance due to Joulscher heat comparatively high electrical losses are generated by the partially highly punctual heating of the battery.
  • calorimetric measurement methods and thermal conduction measurements are currently used to detect the thermal properties of batteries, in particular with regard to heat capacities and anisotropies.
  • heat is introduced into the batteries from outside.
  • the object of the present invention is to make available a device and a method for testing a rechargeable battery, in which heat is generated in the interior of the battery for test purposes, without having to carry out a heat input from outside into the battery ,
  • a device for testing a rechargeable battery having connection means for electrically conductive connection of the device to a first and a second contact of the battery, wherein the device is designed such that the battery by means of the connection means Current flow between the first and the second contact can be imprinted and wherein the device is configured such that the current profile between the first and the second contact has a predetermined alternating current component for generating a defined power loss in the battery.
  • the device according to the invention has the advantage over the prior art that heat is generated in the interior of the battery by generating a power loss occurring in the battery itself. In this way, a simulation of the battery in the actual load condition and thus under real conditions is possible. An entry of the heat to be measured from the outside is advantageously not required for this purpose.
  • the use of an alternating current component also has the advantage that a power loss is generated in the battery, without having to discharge the battery inevitably in their total charge state.
  • the alternating current component is selected or regulated such that the charge state of the battery remains substantially constant.
  • an external temperature measuring device for example a liquid thermometer, an electric thermometer, a thermal imaging camera or a Raman thermometer
  • an internal temperature measuring device integrated into the battery for example a resistor Thermometer, a thermocouple thermometer or the like
  • the device according to the invention and the corresponding method according to the invention for testing a battery can be used to check a new, still developing battery design.
  • series batteries before their delivery to the customer or be tested systematically before installation for example in a large battery cluster, in a vehicle or the like.
  • the device has a control unit which is provided for controlling the amplitudes of the alternating current component such that a defined nominal power loss results in the battery.
  • the power dissipated in the battery is proportional to the difference between the energy supplied to the battery during charging (during the positive current half-cycle) minus the energy extracted during discharging (during the negative half-wave).
  • limit values for the load test can be set in a simple manner for a particular battery type, such as that the temperature X, in particular in certain areas within the battery, the battery type Y at a maximum power loss Z in the battery is not a certain limit W. may exceed.
  • the device has a monitoring unit for determining the actual power loss in the battery, wherein the monitoring unit preferably comprises a multiplier and an integration element.
  • the meaningfulness of the test results is increased by the fact that the actual actual power loss occurring in the battery is constantly or at least temporarily determined by means of the monitoring unit.
  • This actual power loss is preferably determined by multiplying by means of the multiplier the current profile between the first and the second contact with the voltage applied between the first and the second contact (the product corresponds to the apparent power) and then by means of the integrator the integral thereof Product is formed over a certain number of periods. Subsequently, the integral is divided over the duration of the number of periods, so that the actual power loss is determined as average power loss in this period.
  • the device has a comparator for comparing the actual power loss with the desired power loss, and wherein the device is a control unit for the control having the amplitude of the alternating current component as a function of a comparison between the actual power loss and the desired power loss.
  • the actual power loss actually incurred in the battery is constantly or at least temporarily compared with the nominal power loss.
  • the impressed current profile and in particular the amplitude of the impressed current curve are readjusted as a function of this comparison.
  • the test device according to the invention thus has a feedback control for precise adjustment of the power loss incurred in the battery, so that even with different batteries to be tested always the individually adjusted setting of the desired power loss is possible.
  • a further object or a further preferred embodiment of the present invention is a device for testing a rechargeable battery, wherein the device has connection means for the electrically conductive connection of the device to a first and a second contact of the battery, wherein the device is designed such in that the battery can be impressed with a current path between the first and the second contact by means of the connection means, and wherein the device is configured such that the current profile between the first and the second contact comprises an alternating current component with a predetermined frequency for generating a power loss in a specific one Has area of the battery.
  • the power loss in different areas of the battery is generated by a variation of the frequency of the alternating current component.
  • a successive variation of the frequency thus preferably allows a successive testing of individual areas of the battery for load capacity and heat generation.
  • the effective power loss depends mainly on the amplitude of the alternating current component and less on the frequency, so that the frequency tuning in different areas of the battery always produces a certain preselected power loss and in particular a constant one Power loss can be generated.
  • a suitable device also allows a shortening of the development times of batteries.
  • the device preferably has a frequency generator.
  • the current profile between the first and the second contact further comprises a DC component
  • the device has a further control unit for controlling the DC component such that the state of charge of the battery is kept substantially constant
  • the DC component advantageously allows controlled charging or discharging of the battery. A shift in the state of charge of the battery, for example, due to the continuous readjustment of the amplitudes of the alternating current component can thus be counteracted.
  • To increase the accuracy of the DC component is preferably adjusted by means of a control loop acting as a control unit in response to a changing battery parameter.
  • a further subject of the present invention is a method for testing a rechargeable battery by means of a device, wherein by means of connection means of the device an electrically conductive connection of the device to a first and a second contact of the battery is made, wherein the battery by means of the device Current profile between the first and the second contact is impressed and wherein an alternating current component in the current profile is controlled so that a defined power loss is generated in the battery.
  • a stress test for the battery is thus carried out under conditions that are as real as possible, so that the heat development occurring in the battery can be observed and analyzed.
  • a temperature measurement is preferably carried out on the battery. This can be a measurement of the battery temperature from outside the battery as well as from within the battery. In this way - as described above - weak points in the structure of the battery can be identified by the temperature analysis.
  • the amplitudes of the alternating current component are preferably adjusted by means of a control unit in such a way that a defined nominal power dissipation is generated in the battery.
  • the actual power loss in the battery is determined by means of a monitoring unit and that the actual power loss is compared with the desired power loss, the amplitudes of the alternating current component preferably depending on the comparison between the Actual power loss and the target power loss is regulated.
  • the desired desired power loss with the highest possible accuracy in the battery to generate, since the actual incurred in the battery actual power loss is constantly or at least temporarily compared with the desired power loss and the amplitudes are readjusted accordingly.
  • the product from the current profile and the voltage curve corresponding to the current profile between the first and second contact over at least one period of the AC voltage component is integrated.
  • the value calculated by the integration is divided by the duration of the periods over which has been integrated.
  • Another object or another preferred embodiment of the present invention is a method for testing a rechargeable battery by means of a device, wherein by means of connection means of the device, an electrically conductive connection of the device is made to a first and a second contact of the battery, wherein the battery the device is impressed on a current waveform between the first and the second contact and wherein a frequency of the alternating current component is adjusted in the course of the current such that in a particular region of the battery, a power loss is generated.
  • the inventive method enables the generation of power loss in certain areas of the battery. It has been stated above that the generation of power dissipation depends strongly on the structure of the battery, as well as the materials used in the construction of the battery.
  • a successive variation of the frequency now makes it possible for the generation of power loss to be generated one after the other in different areas of the battery, and thus for these different areas of the battery to be successively and separately tested for their heat development.
  • the effective power loss mainly depends on the amplitude of the alternating current component and less on the frequency, so that the frequency tuning in different areas of the battery always provides a certain preselected power loss and in particular a constant power loss Power loss can be generated. In this way, in addition to the identification of design weaknesses, a localization of these design weaknesses in the battery is possible.
  • a DC component in the current profile is regulated by means of a further control unit such that the state of charge of the battery is kept substantially constant.
  • the battery is kept in a constant state of charge during the performance of the test procedure. It is also conceivable that the battery is charged to a predetermined charge level during the test procedure. In this way, it would be possible to provide a time-saving simultaneous charging and testing process which would be run from newly manufactured batteries prior to delivery to customers or prior to installation in battery systems.
  • FIG. 1a shows a schematic view of a device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1b shows a schematic view of a device according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows schematic views of a time-dependent current
  • FIGS. 1a and 1b show schematic views of a device 10 for testing a rechargeable battery 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the device 10 functions as a test device for thermally measuring batteries 100 or a battery pack constructed of a plurality of batteries 100.
  • the battery 100 is impressed by means of electrical conductors having a periodic current in such a way that in the batteries to be tested 100 a specifically adjustable power loss at a freely programmable modulation frequency f re f is impressed.
  • test device 10 By means of the device 10 (hereinafter also referred to as test device 10), an alternating current l m is conducted into the battery 100 to be charged, it being advantageously ensured by the method for operating the test device 10 that the alternating current is regulated in amplitude is that a constant power loss P v accumulates in the battery 100.
  • FIG. 1 a shows that the test device 10 is electrically connected to the poles 101, 102 of the battery 100 to be examined.
  • the test apparatus 10 is embodied by way of example as an output stage amplifier with an output voltage that can be varied in frequency f re f.
  • an alternating current l m eg sinusoidal
  • U Ba tt alternating voltage
  • the alternating voltage U Ba tt on the battery 100 is superimposed with a direct voltage component, which corresponds in particular to the source voltage of the battery 100, with a flowing mean-value-free battery current ,
  • the alternating component of the voltage U Ba tt is phase-shifted with respect to the flowing battery current l m , since the battery 100 has an ohmic-inductive behavior in the kHz range, while the battery 100 has an ohmic-capacitive behavior below the kHz range.
  • batteries 100 often have a non-linear transmission behavior, so that ohmic portions of the battery-internal impedance decrease with increasing battery current l m or increase with decreasing battery current l m .
  • the resulting in the battery 100 power loss P v is thus not directly proportional to the flowing battery current l m .
  • the test device 10 therefore measures both the set battery current l m and the voltage U Ba tt at the poles 101, 102 of the battery 100.
  • the power loss P v accumulated in the battery 100 is the difference between the energy introduced into the battery 100 during charging less the energy removed during unloading.
  • the energy introduced during charging is determined in the case of a sinusoidal alternating current by the positive current half-waves during the course of the alternating current l m , while the energy removed during discharging is determined by the negative current half-waves of the course of the alternating current Im.
  • the balancing of the amounts of energy supplied and removed is carried out in the test method according to the invention by an active power consideration of currents and voltages.
  • the product S of the time course of battery current l m and battery voltage U Ba tt is formed by means of a multiplier 57.
  • This product S corresponds to the apparent power.
  • the product S is integrated over one or more complete periods, for example by means of an integration member 50.
  • the integral of this product S over n complete periods is equal to the loss energy accumulated in the battery 100 during the n periods. Subsequently, this loss energy is divided by the duration of the n periods, so that the average power loss P v in the battery 100 results:
  • the device 10 also has a control unit 11, which regulates the amplitude of the alternating current component as a function of this calculated mean power loss P v , in order to generate a defined, ie desired or predetermined power loss P in the battery 100.
  • the calculated average power loss P v thus serves as a control variable for the control unit 1 1, wherein the calculated power loss P v is subtractively returned to the predetermined power loss P v *.
  • the manipulated variable I is generated for example by means of a current controller 55.
  • the control unit 1 1 thus represents a feedback-coupled (in particular counter-coupled) system, since a change in the amplitudes causes a change in the controlled variable.
  • the power loss actually generated in the battery 100 is regulated by using the measured or calculated power loss P v as a controlled variable and determining the current amplitude I as a manipulated variable by means of the current regulator 55 in a corresponding size.
  • the modulation factor m is generated by means of a frequency generator 58 and oscillates with an externally set modulation frequency f re f.
  • the alternating current I m is now fed to the battery 100, so that the control loop is closed.
  • the multiplication of the current amplitude value I by the modulation factor m is effected by means of a further multiplier 59, for example a simple amplifier.
  • the current course l m impressed on the battery 100 is regulated in such a way that in the battery 100 the defined power dissipation P "- specified from the outside is generated.
  • the frequency f ref can be freely selected or modified so that the power loss P v is obtained in certain areas of the battery 100.
  • the apparatus 10 preferably comprises a temperature measuring device, not shown, for example a liquid thermometer, an electric thermometer, a thermal imaging camera, a Raman thermometer, a resistance thermometer, a thermocouple thermometer or the like, which detects the heat in the battery 100 and in particular in different areas of the battery 100 measures or evaluates.
  • a temperature measuring device not shown, for example a liquid thermometer, an electric thermometer, a thermal imaging camera, a Raman thermometer, a resistance thermometer, a thermocouple thermometer or the like, which detects the heat in the battery 100 and in particular in different areas of the battery 100 measures or evaluates.
  • test device 10 is used to check a new battery design still in the development, or that by means of the device 10 series batteries are ready for delivery to the customer or before installation, for example in a large battery cluster , in a vehicle or the like, to be systematically tested.
  • the test device can be an amplifier output stage which is customary in battery test stands and the method for operating the test device 10 as a function of a test bench software can be implemented.
  • the current control variable I is recalculated only after every complete period, it is ensured that the balance of charging and discharging current over long test periods is equal to zero, ie the state of charge of the battery 100 remains essentially unchanged, since the amplitude of charging current and discharge half-wave in a period are equal. Analogously, this applies if the manipulated variable I is recalculated after a sequence of complete periods. If the update of the manipulated variable I continuously, it may possibly lead to the state of charge of the battery 100 shifts slightly over the test period.
  • an inner control loop in the form of a further control unit which prevents drifting of the state of charge of the battery 100 by a non-periodic offset current (also referred to as direct current component) of the regulated periodic alternating Ström l m is superimposed.
  • a control variable for this inner current control loop either the time integral of the current l m , for batteries with a charge efficiency of 1 (eg lithium-ion batteries) can be used.
  • FIG. 2 shows schematic views of a time-dependent current and voltage curve on a battery 100, which are described by means of the device 10 described with reference to FIGS. 1 a and 1 b and by means of the method described with reference to FIGS. 1 a and 1 b according to the exemplary embodiment of the present disclosure Invention is tested.
  • the time profile of the adjusted current is illustrated l m and the thereby resulting voltage U Batt the battery 100.
  • the voltage U Batt the batteries 100 has a constant-voltage component on.
  • the periodic current l m and the voltage U Ba tt are out of phase with each other due to the electrochemical processes in the battery 100.
  • the amplitude of the current shown is provided by the test apparatus 10 in such a way that the power loss P v accumulated in the battery 100, measured over one or more periods, equals a predetermined power loss value P v .
  • the frequency of the alternating current l m is given by the predetermined modulation frequency f ref .
  • the predetermined current profile l m preferably fluctuates around the zero point (only the ideal case), so that the battery 100 is charged during the positive current half-cycles and discharged during the negative current half-cycles.
  • the oscillating current profile l m is shifted by the DC component in the Y direction in order to keep the battery 100 at a constant state of charge.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Prüfen einer wiederaufladbaren Batterie vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung Anschlussmittel zum elektrisch leitfähigen Anschluss der Vorrichtung an einen ersten und einen zweiten Kontakt der Batterie aufweist, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass der Batterie mittels der Anschlussmittel ein Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt aufprägbar ist und wobei die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass der Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt einen vorgegebenen Wechselstromanteil zur Erzeugung einer definierten Verlustleistung in der Batterie aufweist.

Description

BESCHREIBUNG
Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung einer wiederaufladbaren Batterie
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Prüfen einer wiederaufladbaren Batterie, welche Anschlussmittel zum elektrisch leitfähigen Anschluss der Vorrichtung an einen ersten und einen zweiten Kontakt der Batterie aufweist, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass der Batterie mittels der Anschlussmittel ein Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt aufprägbar ist.
Es ist allgemein bekannt, dass die Leistungsfähigkeit von Batterien durch die Geometrie und den inneren Aufbau der Batterie bestimmt wird. Neben den eigentlichen Aktivmaterialien, in denen die elektrochemische Speicherung von elektrischer Energie stattfindet, weisen moderne Batterien, wie Lithium-Ionen-Batterien, weitere Komponenten, wie beispielsweise Ableitfolien, die mit dem Aktivmaterial beschichtet sind, Tabs und/oder und Schweißkontakte, auf, welche die Leistungsfähigkeit der Batterien beeinflussen. So sind beispielsweise die metallischen Abieiter innerhalb der Batterien für die Leistungsfähigkeit maßgeblich, da an diesen Abieitern ohmsche Verluste beim Laden oder Entladen der Batterie entstehen. Insbesondere bei einer Verwendung von Ableitkomponenten aus Materialien mit geringer Stromtragfähigkeit bzw. hohem elektrischen Widerstand werden aufgrund Joulscher Wärme vergleichsweise hohe elektrische Verluste generiert, durch die eine teilweise stark punktuelle Erwärmung der Batterie entsteht. Derart starke und durch elektrische Belastung hervorgerufene Erwärmungen der Batterie können exotherme Zersetzungsreaktionen in der Batterie auslösen, wodurch die Gefahr besteht, dass die Batterie platzt oder explodiert. Es ist daher notwendig, dass potentielle Schwachstellen im Aufbau der Batterie und insbesondere beim Design von Abieitern und Schweißverbindungen schon im Entwicklungsprozess der Batterie identifiziert werden und somit ausgeräumt werden können.
Zum Aufspüren derartiger Schwachstellen werden derzeit kalorimetrische Messverfahren und Wärmeleitmessungen verwendet, um die thermischen Eigenschaften von Batterien, insbesondere hinsichtlich Wärmekapazitäten und Anisotropien zu erfassen. Hierbei wird Wär- me gezielt von außen in die Batterien eingeleitet.
SESTÄTiGÜNGSKOPIE Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung einer wiederaufladbaren Batterie zur Verfügung zu stellen, bei welchen zu Testzwecken gezielt Wärme im Innern der Batterie erzeugt wird, ohne dass hierfür ein Wärmeeintrag von außen in die Batterie hinein durchgeführt werden muss.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zum Prüfen einer wiederaufladbaren Batterie, wobei die Vorrichtung Anschlussmittel zum elektrisch leitfähigen Anschluss der Vorrich- tung an einen ersten und einen zweiten Kontakt der Batterie aufweist, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass der Batterie mittels der Anschlussmittel ein Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt aufprägbar ist und wobei die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass der Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt einen vorgegebenen Wechselstromanteil zur Erzeugung einer definierten Verlustleistung in der Batterie aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine Wärmeentwicklung im Inneren der Batterie durch die Generierung einer in der Batterie selbst anfallenden Verlustleistung erzeugt wird. Auf diese Weise ist eine Simulation der Bat- terie im tatsächlichen Belastungszustand und somit unter realen Bedingungen möglich. Ein Eintrag der zu vermessenden Wärme von außen ist hierfür vorteilhafterweise nicht erforderlich. Die Verwendung eines Wechselstromanteils hat zudem den Vorteil, dass in der Batterie eine Verlustleistung erzeugt wird, ohne dass hierfür die Batterie in ihrem Gesamtladungszu- stand zwangsläufig entladen werden muss. Vorzugsweise ist der Wechselstromanteil derart ausgewählt bzw. geregelt, dass der Ladungszustand der Batterie im Wesentlichen konstant bleibt. Nach der Erzeugung der Verlustleistung in der Batterie wird insbesondere mittels einer externen Temperaturmessvorrichtung (beispielsweise ein Flüssigkeits-Thermometer, ein elektrisches Thermometer, eine Wärmebildkamera oder ein Raman-Thermometer) und/oder einer in die Batterie integrierten internen Temperaturmessvorrichtung (bspw. ein Wider- stands-Thermometer, ein Thermoelement-Thermometer oder dergleichen) die Wärmeentwicklung in der Batterie und insbesondere in verschiedenen Bereichen der Batterie vermessen und ausgewertet. Auf diese Weise können potentielle Schwachstellen in der Batterie detektiert werden. Es ist denkbar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung, sowie das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen einer Batterie zur Überprüfung eines neuen, noch in der Entwicklung befindlichen Batterie-Designs eingesetzt werden. Ferner ist denkbar, dass auf diese Weise Serien-Batterien vor ihrer Auslieferung an den Kunden oder vor dem Einbau, beispielsweise in einen großen Batteriecluster, in ein Fahrzeug oder dergleichen, systematisch getestet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Regeleinheit aufweist, welche zur Regelung der Amplituden des Wechselstromanteils derart vorgesehen ist, dass eine definierte Soll-Verlustleistung in der Batterie resultiert. Die in der Batterie anfallende Verlustleistung ist proportional zur Differenz der in die Batterie beim Laden (während der positiven Stromhalbwelle) eingebrachten Energie abzüglich der beim Entladen (während der negativen Stromhalbwelle) entnommenen Energie. Über eine entsprechende Regelung der Amplituden des Wechselstromanteils ist folglich die Einstellung einer gewünschten in der Batterie anfallenden Verlustleistung ein- stellbar. Auf diese Weise können für einen bestimmten Batterietyp in einfacher Weise Grenzwerte für den Belastungstest festgelegt werden, wie beispielsweise dass die Temperatur X, insbesondere in bestimmten Bereichen innerhalb der Batterie, des Batterietyps Y bei einer in der Batterie anfallenden maximalen Verlustleistung Z einen bestimmten Grenzwert W nicht überschreiten darf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Überwachungseinheit zur Bestimmung der Ist- Verlustleistung in der Batterie aufweist, wobei die Überwachungseinheit vorzugsweise einen Multiplikator und ein Integrationsglied umfasst. Die Aussagekraft der Testergebnisse wird dadurch erhöht, dass die tatsächliche in der Batterie anfallende Ist-Verlustleistung mittels der Überwachungseinheit ständig oder zumindest zeitweise bestimmt wird. Diese Ist- Verlustleistung wird vorzugsweise dadurch bestimmt, dass mittels des Multiplikators der Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt mit der zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt anliegenden Spannung multipliziert wird (das Produkt entspricht der Scheinleistung) und anschließend mittels des Integrators das Integral dieses Produkts über eine bestimmte Anzahl von Perioden gebildet wird. Anschließend wird das Integral über die Dauer der Anzahl von Perioden geteilt, so dass die Ist-Verlustleistung als mittlere Verlustleistung in dieser Dauer ermittelt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Komparator zum Vergleichen der Ist-Verlustleistung mit der Soll-Verlustleistung aufweist und wobei die Vorrichtung eine Regeleinheit zur Regelung der Amplitude des Wechselstromanteils in Abhängigkeit eines Vergleichs zwischen der Ist- Verlustleistung und der Soll-Verlustleistung aufweist. Um in der Batterie mit möglichst hoher Genauigkeit die gewünschte Soll-Verlustleistung zu generieren, wird die tatsächlich in der Batterie angefallene Ist-Verlustleistung ständig oder zumindest zeitweise mit der Soll- Verlustleistung verglichen. In vorteilhafter Weise werden der aufgeprägte Stromverlauf und insbesondere die Amplitude des aufgeprägten Stromverlaufs in Abhängigkeit dieses Vergleichs nachgeregelt. Die erfindungsgemäße Testvorrichtung verfügt somit über eine rückgekoppelte Regelung zur präzisen Einstellung der in der Batterie anfallenden Verlustleistung, so dass auch bei unterschiedlichen zu testenden Batterien stets die individuell angepasste Einstellung der Soll-Verlustleistung ermöglicht wird.
Ein weiterer Gegenstand oder eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Prüfung einer wiederaufladbaren Batterie, wobei die Vorrichtung Anschlussmittel zum elektrisch leitfähigen Anschluss der Vorrichtung an einen ers- ten und einen zweiten Kontakt der Batterie aufweist, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass der Batterie mittels der Anschlussmittel ein Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt aufprägbar ist und wobei die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass der Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt einen Wechselstromanteil mit einer vorgegebenen Frequenz zur Erzeugung einer Verlustleistung in einem be- stimmten Bereich der Batterie aufweist.
In vorteilhafter Weise ist es möglich, dass durch eine Variation der Frequenz des Wechselstromanteils die Verlustleistung in unterschiedlichen Bereichen der Batterie generiert wird. Dies hängt stark vom Aufbau der Batterie, sowie den im Aufbau der Batterie verwendeten Materialien ab. Beispielsweise wird bei der Verwendung hoher Frequenzen Verlustleistung vornehmlich in metallischen Abieitern der Batterie erzeugt, während bei tiefen Frequenzen Verlustleistung hauptsächlich in den Aktivmaterialien der Batterie generiert wird. Eine sukzessive Variation der Frequenz ermöglicht somit vorzugsweise ein sukzessives Testen einzelner Bereiche der Batterie auf Belastbarkeit und Wärmeentwicklung. In einer für den Fachmann völlig überraschenden und nicht vorhersehbaren Weise wurde festgestellt, dass die effektive Verlustleistung hauptsächlich von der Amplitude des Wechselstromanteils und weniger von der Frequenz abhängt, so dass durch das Frequenztuning in unterschiedlichen Bereichen der Batterie stets eine bestimmte vorausgewählte Verlustleistung und insbesondere eine konstante Verlustleistung generierbar ist. Auf diese Weise können nicht nur etwaige Designschwächen in der zu testenden Batterie aufgedeckt werden, sondern derartige Designschwächen können zusätzlich auch noch in der Batterie lokalisiert werden. Eine Überarbeitung des Designs wird hierdurch erheblich vereinfacht und beschleunigt. Die erfindungs- gemäße Vorrichtung erlaubt somit ferner eine Verkürzung der Entwicklungszeiten von Batterien. Zur Einstellung der Frequenz weist die Vorrichtung vorzugsweise einen Frequenzgenerator auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt ferner einen Gleichstromanteil aufweist, wobei bevorzugt die Vorrichtung eine weitere Regeleinheit zur Regelung des Gleichstromanteils derart aufweist, dass der Ladezustand der Batterie im Wesentlichen konstant gehalten wird. Der Gleichstromanteil ermöglicht in vorteilhafter Weise ein kontrolliertes Aufladen oder Entladen der Batterie. Einer Verschiebung des Ladezustands der Batterie beispielsweise aufgrund der kontinuierlichen Nachregelung der Amplituden des Wechselstromanteils kann somit entgegen gewirkt werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit wird der Gleichstromanteil vorzugsweise mittels einer als Regelschleife fungierenden Regeleinheit in Abhängigkeit eines sich verändernden Batterieparameters angepasst. Beispiels- weise ist denkbar, dass als Regelgröße für die Regelschleife ein zeitliches Integral über den Stromverlauf zwischen dem ersten und zweiten Kontakt oder eine über eine bestimmte Zeitdauer gemittelte Batteriespannung zwischen dem ersten und zweiten Kontakt verwendet wird. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen einer wie- deraufladbaren Batterie mittels einer Vorrichtung, wobei mittels Anschlussmitteln der Vorrichtung ein elektrisch leitfähiger Anschluss der Vorrichtung an einen ersten und einen zweiten Kontakt der Batterie hergestellt wird, wobei der Batterie mittels der Vorrichtung ein Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt aufgeprägt wird und wobei ein Wechsel- stromanteil im Stromverlauf derart geregelt wird, dass eine definierte Verlustleistung in der Batterie erzeugt wird. In vorteilhafter Weise wird somit ein Belastungstest für die Batterie unter möglichst realen Bedingungen durchgeführt, so dass die in der Batterie entstehende Wärmeentwicklung zu beobachten und zu analysieren ist. Hierzu wird vorzugsweise eine Temperaturmessung an der Batterie durchgeführt. Dies kann sowohl eine Messung der Bat- terietemperatur von außerhalb der Batterie, als auch von innerhalb der Batterie sein. Auf diese Weise können - wie oben beschrieben - Schwachstellen im Aufbau der Batterie anhand der Temperaturanalyse identifiziert werden. Zur Generierung einer bestimmten Verlustleistung in der Batterie werden vorzugsweise die Amplituden des Wechselstromanteils mittels einer Regeleinheit derart eingestellt, dass eine definierte Soll-Verlustleistung in der Bat- terie erzeugt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ist-Verlustleistung in der Batterie mittels einer Überwachungseinheit bestimmt wird und dass die Ist-Verlustleistung mit der Soll-Verlustleistung verglichen wird, wobei die Amplituden des Wechselstromanteils vorzugsweise in Abhängigkeit des Vergleichs zwischen der Ist-Verlustleistung und der Soll-Verlustleistung geregelt wird. Auf diese Weise ist die gewünschte Soll-Verlustleistung mit möglichst hoher Genauigkeit in der Batterie zu generieren, da die tatsächlich in der Batterie angefallene Ist-Verlustleistung ständig oder zumindest zeitweise mit der Soll-Verlustleistung verglichen wird und die Amplituden entsprechend nachgeregelt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der Ist-Verlustleistung das Produkt aus dem Stromverlauf und dem zum Stromverlauf korrespondierenden Spannungsverlauf zwischen dem ersten und zweiten Kontakt über wenigstens eine Periode des Wechselspannungsanteils integriert wird. Vorzugsweise wird anschließend der mittels der Integration berechnete Wert durch die Dauer der Perioden über die integriert wurde geteilt. In vorteilhafter Weise ist somit eine präzise Bestimmung der in der Batterie während der Zeitperiode über die integriert wird anfallenden mittlere Verlustleistung möglich. Ein weiterer Gegenstand oder eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen einer wiederaufladbaren Batterie mittels einer Vorrichtung, wobei mittels Anschlussmitteln der Vorrichtung ein elektrisch leitfähiger Anschluss der Vorrichtung an einen ersten und einen zweiten Kontakt der Batterie hergestellt wird, wobei der Batterie mittels der Vorrichtung ein Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zwei- ten Kontakt aufgeprägt wird und wobei eine Frequenz des Wechselstromanteils im Stromverlauf derart eingestellt wird, dass in einem bestimmten Bereich der Batterie eine Verlustleistung erzeugt wird. Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Erzeugung von Verlustleistung in bestimmten Bereichen der Batterie. Es wurde oben ausgeführt, dass die Entstehung von Verlustleistung stark vom Aufbau der Batterie, sowie den im Aufbau der Batterie verwendeten Materialien abhängt. Eine sukzessive Variation der Frequenz ermöglicht nun, dass die Generierung von Verlustleistung nacheinander in unterschiedlichen Bereichen der Batterie erzeugt wird und somit diese unterschiedlichen Bereiche der Batterie sukzessive und getrennt voneinander auf ihre Wärmeentwicklung hin getestet werden können. Als besonders vorteilhaft erweist sich hierbei, dass die effektive Verlustleis- tung hauptsächlich von der Amplitude des Wechselstromanteils und weniger von der Frequenz abhängt, so dass durch das Frequenztuning in unterschiedlichen Bereichen der Batterie stets eine bestimmte vorausgewählte Verlustleistung und insbesondere eine konstante Verlustleistung generierbar ist. Auf diese Weise ist neben der Identifizierung von Designschwächen eine Lokalisierung dieser Designschwächen in der Batterie möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorge- sehen, dass ein Gleichstromanteil im Stromverlauf mittels einer weiteren Regeleinheit derart geregelt wird, dass der Ladezustand der Batterie im Wesentlichen konstant gehalten wird. Auf diese Weise wird die Batterie während der Durchführung des Testverfahrens auf einem konstanten Ladungszustand gehalten. Denkbar ist auch, dass die Batterie während des Testverfahrens auf ein vorgegebenes Ladungsniveau aufgeladen wird. Auf diese Weise wäre es möglich, ein zeitsparendes simultanes Lade- und Testverfahren bereitzustellen, welches von neu hergestellten Batterien vor dem Ausliefern an Kunden oder vor dem Einbau in Batteriesysteme durchlaufen wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnun- gen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1a zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 1b zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt schematische Ansichten eines zeitabhängigen Strom- und
Spannungsverlaufs an einer Batterie, welche mittels einer Vorrichtung und eines Verfahrens jeweils gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geprüft wird.
Ausführungsformen der Erfindung In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In Figuren 1a und 1 b sind schematische Ansichten einer Vorrichtung 10 zum Prüfen einer wiederaufladbaren Batterie 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung 10 fungiert als Testgerät zum thermischen Vermessen von Batterien 100 oder eines aus mehreren Batterien 100 aufgebauten Batterieclus- ters. Der Batterie 100 wird mittels elektrischer Leiter aufweisenden Anschlussmitteln ein periodischer Strom in der Weise eingeprägt, dass in den zu testenden Batterien 100 eine gezielt einstellbare Verlustleistung bei einer frei parametrierbaren Aussteuerungsfrequenz fref eingeprägt wird. Mittels der Vorrichtung 10 (im Folgenden auch als Testgerät 10 bezeichnet) wird dabei ein Wechselstrom lm in die zu beaufschlagende Batterie 100 geleitet, wobei durch das Verfahren zum Betreiben des Testgeräts 10 mit Vorteil dafür gesorgt wird, dass der Wechselstrom in der Amplitude so geregelt wird, dass eine konstante Verlustleistung Pv in der Batterie 100 anfällt.
In Figur 1 a ist gezeigt, dass das Testgerät 10 elektrisch mit den Polen 101 , 102 der zu unter- suchenden Batterie 100 verbunden ist. Das Testgerät 10 ist beispielhaft als Endstufenverstärker mit in der Frequenz fref variierbarer Ausgangsspannung ausgeführt. Mit dem Testgerät 10 wird ein Wechselstrom lm (z.B. sinusförmig) an den Polen 101 , 102 der Batterie 100 eingestellt, wodurch sich eine Wechselspannung UBatt an den Polen 101 , 102 der Batterie 100 ergibt. Der fließende Wechselstrom lm sorgt für ohmsche Verluste an den elektrisch leit- fähigen Komponenten innerhalb der Batterie 100. Die Wechselspannung UBatt an der Batterie 100 ist mit einer Gleichspannungskomponente überlagert, welche insbesondere der Quellspannung der Batterie 100 entspricht, bei einem fließenden mittelwertfreien Batteriestrom. Der Wechselanteil der Spannung UBatt ist phasenverschoben gegenüber dem fließenden Batteriestrom lm, da die Batterie 100 im kHz-Bereich ein ohmsch-induktives Verhalten auf- weist, während die Batterie 100 unterhalb des kHz-Bereichs ein ohmsch-kapazitives Verhalten aufweist. Hinzu kommt, dass Batterien 100 häufig ein nichtlineares Übertragungsverhalten aufweisen, sodass ohmsche Anteile der batterieinternen Impedanz bei zunehmendem Batteriestrom lm abnehmen bzw. bei sinkendem Batteriestrom lm ansteigen. Die in der Batterie 100 anfallende Verlustleistung Pv ist damit nicht direkt proportional mit dem fließenden Batteriestrom lm. Das Testgerät 10 misst daher sowohl den eingestellten Batteriestrom lm als auch die Spannung UBatt an den Polen 101 , 102 der Batterie 100. Die in der Batterie 100 anfallende Verlustleistung Pv ist die Differenz aus der in die Batterie 100 beim Laden eingebrachten Energie abzüglich der beim Entladen wieder entnommenen Energie. Die beim Laden eingebrachte Energie wird bei einem sinusförmigen Wechselstrom durch die positiven Stromhalbwellen im Verlauf des Wechselstroms lm bestimmt, während die beim Entladen wieder entnommene Energie durch die negativen Stromhalbwellen des Verlaufs des Wechselstroms Im bestimmt wird. Die Bilanzierung der zu- und abgeführten Energiemengen wird bei dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren durch eine Wirkleistungsbetrachtung von Strömen und Spannungen durchgeführt: Es wird dabei das Produkt S des zeitlichen Verlaufs von Batteriestrom lm und Batterie- Spannung UBatt beispielsweise mittels eines Multiplikators 57 gebildet. Dieses Produkt S entspricht dabei der Scheinleistung. Anschließend wird das Produkt S über eine oder mehrere vollständige Perioden beispielsweise mittels eines Integrationsgliedes 50 integriert. Das Integral dieses Produkts S über n vollständige Perioden ist gleich der in der Batterie 100 angefallenen Verlustenergie während der n Perioden. Anschließend wird diese Verlustenergie durch die Dauer der n Perioden geteilt, so dass sich die mittlere Verlustleistung Pv in der Batterie 100 ergibt:
Figure imgf000011_0001
'/fref
Die Vorrichtung 10 weist ferner eine Regeleinheit 1 1 auf, welche die Amplitude des Wechselstromanteils in Abhängigkeit dieser berechneten mittleren Verlustleistung Pv regelt, um in der Batterie 100 eine definierte, d.h. gewünschte bzw. vorgegebene Verlustleistung P„« zu generieren. Die berechnete mittlere Verlustleistung Pv dient somit als Regelgröße für die Regeleinheit 1 1 , wobei die berechnete Verlustleistung Pv subtraktiv auf die vorgegebene Verlustleistung Pv* zurückgeführt wird. Aus der Regelabweichung wird beispielsweise mittels eines Stromreglers 55 die Stellgröße I erzeugt. Die Regeleinheit 1 1 stellt somit ein rückge- koppeltes (insbesondere gegengekoppeltes) System dar, da eine Änderung der Amplituden eine Änderung in der Regelgröße bewirkt. Mit anderen Worten: Die tatsächlich in der Batterie 100 generierte Verlustleistung wird geregelt, indem die gemessene bzw. berechnete Verlustleistung Pv als Regelgröße verwendet wird und die Stromamplitude I als Stellgröße mittels des Stromreglers 55 in entsprechender Größe ermittelt wird. Der Stromregler 55 kann als klassischer kontinuierlicher, wie P-, Pi- oder PID-Regler oder als digitaler Regler, beispielsweise als Totzeit-, Deadbeat- oder nichtlinearer Regler, ausgeführt sein. Aus der Stellgröße Stromamplitude I wird der entsprechende Wechselstrom lm erzeugt, indem die Stromamplitude I mit einem periodisch oszillierendem Modulationsfaktor m (m = -1...1 ) multipliziert wird. Der Modulationsfaktor m wird mittels eines Frequenzgenerators 58 erzeugt und oszilliert mit einer von außen vorgegebenen Aussteuerungsfrequenz fref. Der Wechselstrom lm wird nun in die Batterie 100 eingespeist, so dass die Regelschleife geschlossen ist. Die Multiplikation des Stromamplitudenwerts I mit dem Modulationsfaktor m erfolgt mittels eines weiteren Multiplikators 59, beispielsweise eines einfachen Verstärkers. Mit dem beschriebenen Verfahren wird der der Batterie 100 aufgeprägte Stromverlauf lm derart geregelt, dass in der Batterie 100 die von außen vorgegebene definierte Verlustleistung P„- generiert wird. Gleichzeitig kann die Frequenz fref frei gewählt oder modifiziert werden, so dass in bestimmten Bereichen der Batterie 100 die Verlustleistung Pv anfällt. Beispielsweise werden bei der Verwendung hoher Frequenzen fref Verlustleistung Pv vornehmlich in metallischen Abieitern der Batterie 100 erzeugt, während bei tiefen Frequenzen fref Verlustleistung Pv hauptsächlich in den Aktivmaterialien der Batterie 100 generiert wird. Eine sukzessive Variation der Frequenz fref ermöglicht somit vorzugsweise ein sukzessives Testen einzelner räumlicher, funktioneller oder geometrischer Bereiche der Batterie P„ auf Belastbarkeit und Wärmeentwicklung. Die Vorrichtung 10 weist vorzugsweise eine nicht dargestellte Temperaturmessvorrichtung auf, beispielsweise ein Flüssigkeits-Thermometer, ein elektrisches Thermometer, eine Wärmebildkamera, ein Raman-Thermometer, ein Widerstands- Thermometer, ein Thermoelement-Thermometer oder dergleichen, welches die Wärmeentwicklung in der Batterie 100 und insbesondere in verschiedenen Bereichen der Batterie 100 vermisst bzw. auswertet. Auf diese Weise können potentielle Schwachstellen in der Batterie 100 und insbesondere im Design der Batterie 100 detektiert werden. Durch die Temperaturmessungen können dabei insbesondere spezielle Bereiche in der Batterie 100 mit hohem Wärmeaufkommen (auch als Hotspots bezeichnet) bei elektrischer Belastung ermittelt werden. Es ist denkbar, dass die Vorrichtung 10 zur Überprüfung eines neuen, noch in der Ent- Wicklung befindlichen Batterie-Designs eingesetzt wird oder dass mittels der Vorrichtung 10 Serien-Batterien vor ihrer Auslieferung an den Kunden oder vor dem Einbau, beispielsweise in einen großen Batteriecluster, in ein Fahrzeug oder dergleichen, systematisch getestet werden. Als Testgerät kann eine in Batterieprüfständen gebräuchliche Verstärkerendstufe eingesetzt werden und das Verfahren zum Betreiben des Testgeräts 10 als Funktion einer Prüfstandssoftware realisiert werden.
Wird nur nach jeder vollständigen Periode die Stromstellgröße I neu berechnet, ist gewährleistet, dass die Bilanz von Lade- und Entladestrom über lange Testdauern gleich Null ist, d.h. der Ladezustand der Batterie 100 bleibt im Wesentlichen unverändert, da die Amplitude von Ladestrom- und Entladestromhalbwelle in einer Periode gleich sind. Analog gilt dies, wenn die Stellgröße I nach einer Sequenz von vollständigen Perioden neu berechnet wird. Erfolgt das Update der Stellgröße I kontinuierlich, kann es u.U. dazu führen, dass sich der Ladezustand der Batterie 100 über die Testdauer leicht verschiebt. Um dem vorzubeugen, ist neben der äußeren Regelschleife, mit der Verlustleistung Pv als Regelgröße, vorzugsweise eine innere Regelschleife in Form einer weiteren Regeleinheit (nicht illustriert) vorgesehen, die ein Driften des Ladezustands der Batterie 100 verhindert, indem ein nicht-periodischer Offsetstrom (auch als Gleichstromanteil bezeichnet) dem geregelten periodischen Wechsel- ström lm überlagert ist. Als Regelgröße für diese innere Stromregelschleife kann entweder das zeitliche Integral des Stroms lm, für Batterien mit einem Ladungswirkungsgrad 1 (z.B. Lithium-Ionen-Batterien), verwendet werden. Für Batterietechnologien, die Nebenreaktionen zeigen (z.B. Blei-Säure, NiMH, NiCd), ist die über eine längere Zeitdauer gemittelte Batterie- Spannung UBatt als Regelgröße zu verwenden, um sicher zu stellen, dass sich der Ladezustand der Batterie 100 nicht aufgrund des Ladungswirkungsgrads kleiner 1 während der Testdauer kontinuierlich verringert. Mit der Aussteuerung mit einem periodischen, mittelwertfreien Wechselstrom lm ist gewährleistet, dass sich der Ladezustand der Batterie 100 nicht verändert, wodurch verfälschende thermische Effekte, hervorgerufen durch entropische Ef- fekte im Batterieinneren, eliminiert werden.
In Figur 2 sind schematische Ansichten eines zeitabhängigen Strom- und Spannungsverlaufs an einer Batterie 100 dargestellt, welche mittels der anhand von Figuren 1a und 1 b beschriebenen Vorrichtung 10 und mittels des anhand von Figuren 1a und 1 b beschriebenen Verfahrens jeweils gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geprüft wird. Auf der Ordinate des in Figur 2 illustrierten Graphen ist wahlweise elektrische Spannung U in Volt oder elektrischer Strom I in Ampere aufgetragen, während auf der Abszisse die Zeit in Sekunden aufgetragen ist. Gezeigt wird der zeitliche Verlauf des eingestellten Stroms lm und der sich dabei ergebenden Spannung UBatt der Batterie 100. Die Span- nung UBatt der Batterien 100 weist einen Konstantspannungsanteil auf. Der periodische Strom lm und die Spannung UBatt sind aufgrund der elektrochemischen Vorgänge in der Batterie 100 phasenverschoben zueinander. Die Amplitude des dargestellten Stroms wird so vom Testgerät 10 gestellt, dass die in der Batterie 100 anfallende Verlustleistung Pv, gemit- telt über eine oder mehrere Perioden gleich einem vorgegebenen Verlustleistungswert Pv- ist. Die Frequenz des Wechselstroms lm wird durch die vorgegebene Aussteuerungsfrequenz fref vorgegeben. Der vorgegebene Stromverlauf lm schwankt vorzugsweise um den Nullpunkt (lediglich der Idealfall), so dass die Batterie 100 während der positiven Stromhalbwellen geladen und während der negativen Stromhalbwellen entladen wird. Besonders bevorzugt wird der oszillierende Stromverlauf lm um den Gleichstromanteil in Y-Richtung verschoben, um die Batterie 100 auf einem konstanten Ladungszustand zu halten.
Es ist offensichtlich für den Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der Vorrichtung und des Verfahrens zum Prüfen einer wiederaufladbaren Batterie gemäß der Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von dem Grundgedanken oder dem Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Folglich ist es beabsichtigt, dass die Ausführungsformen der Erfindung sämtliche Modifikationen und Variationen der Erfindung abdecken, sofern sie sich innerhalb des Anwendungsbereichs der Ansprüche und ihren Äquivalenten befinden.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung
1 1 Regeleinheit
50 Integrationsglied
55 Stromregler
56 Komparator
57 Multiplikator
58 Frequenzgenerator
59 Weiterer Multiplikator
100 Batterie
101 Erster Kontakt
102 Zweiter Kontakt

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (10) zum Prüfen einer wiederaufladbaren Batterie (100), wobei die Vorrichtung (10) Anschlussmittel zum elektrisch leitfähigen Anschluss der Vorrichtung (10) an einen ersten und einen zweiten Kontakt (101 , 102) der Batterie (100) aufweist, wobei die Vorrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass der Batterie (100) mittels der Anschlussmittel ein Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt (101 , 102) aufprägbar ist und wobei die Vorrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass der Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt (101 , 102) einen vorgegebenen Wechselstromanteil zur Erzeugung einer definierten Verlustleistung in der Batterie (100) aufweist.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung (10) eine Regeleinheit aufweist, welche zur Regelung der Amplituden des Wechselstromanteils derart vorgesehen ist, dass eine definierte Soll-Verlustleistung in der Batterie (100) resultiert.
3. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) eine Überwachungseinheit zur Bestimmung der Ist-Verlustleistung in der Batterie (100) aufweist, wobei die Überwachungseinheit vorzugsweise einen Multiplikator (57) und ein Integrationsglied (50) umfasst.
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung (10) einen Komparator (56) zum Vergleichen der Ist-Verlustleistung mit der Soll-Verlustleistung aufweist und wobei die Vorrichtung (10) eine Regeleinheit (1 1 ) zur Regelung der Amplitude des Wechselstromanteils in Abhängigkeit des Vergleichs zwischen der Ist-Verlustleistung und der Soll-Verlustleistung aufweist.
5. Vorrichtung (10) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass der Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt (101 , 102) einen Wechselstromanteil mit einer vorgegebenen Frequenz zur Erzeugung einer Verlustleistung in einem bestimmten Bereich der Batterie (100) aufweist.
6. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) einen Frequenzgenerator (58) zum Einstellen der Frequenz des Wechselstromanteils aufweist.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strom verlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt (101 , 102) ferner einen Gleichstromanteil aufweist und wobei bevorzugt die Vorrichtung (10) eine weitere Regeleinheit zur Regelung des Gleichstromanteils derart aufweist, dass der Ladezustand der Batterie (100) im Wesentlichen konstant gehalten wird.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) eine Temperaturmessvorrichtung zur Bestimmung der Temperatur in der Batterie (100) aufweist.
9. Verfahren zum Prüfen einer wiederaufladbaren Batterie (100) mittels einer Vorrichtung (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mittels Anschlussmitteln der Vorrichtung (10) ein elektrisch leitfähiger An- schluss der Vorrichtung (10) an einen ersten und einen zweiten Kontakt (101 , 102) der Batterie (100) hergestellt wird, wobei der Batterie (100) mittels der Vorrichtung (10) ein Stromverlauf zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt (101 , 102) aufgeprägt wird, wobei ein Wechselstromanteil im Stromverlauf derart geregelt wird, dass eine definierte Verlustleistung in der Batterie (100) erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Amplituden des Wechselstromanteils mittels einer Regeleinheit (11 ) derart eingestellt werden, dass eine definierte Soll- Verlustleistung in der Batterie (100) erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Ist-Verlustleistung in der Batterie (10) mittels einer Überwachungseinheit bestimmt wird und dass die Ist-Verlustleistung mit der Soll-Verlustleistung verglichen wird, wobei die Amplituden des Wechselstromanteils vorzugsweise in Abhängigkeit des Vergleichs zwischen der Ist-Verlustleistung und der Soll-Verlustleistung geregelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei zur Bestimmung der Ist- Verlustleistung das Produkt aus dem Stromverlauf und dem zum Stromverlauf korrespondierenden Spannungsverlauf zwischen dem ersten und zweiten Kontakt (101 , 102) über wenigstens eine Periode des Wechselspannungsanteils integriert wird.
13. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 oder nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine Frequenz des Wechselstromanteils im Stromverlauf derart eingestellt wird, dass in einem bestimmten Bereich der Batterie (100) eine Verlustleistung erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei ein Gleichstromanteil im Stromverlauf derart geregelt wird, dass der Ladezustand der Batterie (100) im Wesentlichen konstant gehalten wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei eine Temperaturmessung an der Batterie (100) durchgeführt wird.
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