AT526012A1 - Prüfanordnung für einen elektrochemischen Zellstapel - Google Patents

Abstract

Die gegenständliche Erfindung zeigt eine Testanordnung für eine Überprüfung eines Testobjekts (1), wobei in der Testanordnung eine Belastungseinheit (3) vorgesehen ist, welche mit einer Automatisierungseinheit (6) verbunden und ausgestaltet ist, einen von der Automatisierungseinheit (6) vorgegebenen Arbeitspunkt (WP) auf einer Strom-Spannungs- Kennlinie (2) des Testobjekts (1) mittels eines Gleichstroms (IDC) vorzugeben, dadurch gekennzeichnet dass die Testanordnung zumindest aufweist: die Automatisierungseinheit (6), welche ausgestaltet ist, über eine erste Spannungsmesseinheit (5) und über eine erste Strommesseinheit (4) aus der Strom-Spannungs-Kennlinie (2) ein virtuelles Potential (VM) zu bestimmen und über eine zweite Spannungsmesseinheit (10) und eine zweite Strommesseinheit (11) einen Prüfstrom (IAC) und eine sich einstellende Prüfspannung (UAC) zu messen; eine Prüfsignalquelle (7), welche mit der Automatisierungseinheit (6) verbunden ist und ausgestaltet ist, dem Testobjekt (1) den Prüfstrom (IAC) einzuprägen; und eine Referenzspannungsquelle (9), welche mit der Automatisierungseinheit (6) verbunden und ausgestaltet ist, der Prüfsignalquelle (7) das virtuelle Potential (VM) vorzugeben.

Description

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Prüfanordnung für einen elektrochemischen Zellstapel

Die gegenständliche Erfindung zeigt eine Testanordnung für eine Überprüfung eines Testobjekts, wobei in der Testanordnung eine Belastungseinheit vorgesehen ist, welche mit einer Automatisierungseinheit verbunden und ausgestaltet ist, einen von der Automatisierungseinheit vorgegebenen Arbeitspunkt auf einer Strom-Spannungs-Kennlinie des Testobjekts mittels eines Gleichstroms vorzugeben. Weiters zeigt die gegenständliche

Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung des Testobjekts.

Eine Analyse von elektrochemischen Bauteilen, wie Batterien, Akkumulatoren, Brennstoffzellen, und weitere, ist essentiell, um beispielsweise die Leistung, Degradation und Lebenszeit dieser elektrochemischen Bauteile zu bestimmen. Das ist vor allem wichtig, wenn solche Bauteile länger im Betrieb sind. Eine hoch reproduzierbare und gut anwendbare Analysemethode stellt die Impedanzmessung von elektrochemischen Bauteilen dar. Damit ist es möglich — im Gegensatz zu klassischen DC-Messungen — Anteile des Widerstands von der Elektrode, Kathode und des Elektrolyten zu bestimmen. Das ist vor allem bei

Alterungsprozessen wichtig.

Am Beispiel von Brennstoffzellen kann gerade eine Analyse der Kathode wichtig sein, da diese den ratenbestimmenden Schritt der Reaktion einer Brennstoffzelle darstellt. Die Degradation an der Kathode führt beispielsweise zu Leistungsverlust der Brennstoffzellen. Weiters kann es auch nötig sein, den Widerstand des Elektrolyten zu bestimmen. Ein Verlust

des Elektrolytwiderstands kann beispielweise den Ausfall einer ganzen Zelle bedeuten.

Im Regelfall sind elektrochemische Bauteile in Serie zu sogenannten Zellstacks zusammengeschaltet, um eine nominell hohe Spannung zu erzeugen. Beispiele für Zellstacks sind Brennstoffzellenstacks, aber es sind auch andere Stacks wie beispielsweise Redox-Flow-Batterie Stacks in Verwendung. Eine Mehrzahl von elektrochemischen Zellen (oftmals hunderte an der Zahl), werden dazu zu einem Zellstack zusammengeschlossen, womit sich am Zellstack eine Stackspannung in Höhe von mehreren 100 bis zu

ungefähr1000 Volt ergeben kann.

Bei Belastung der elektrochemischen Bauteile ist die reale Spannung auf Basis der StromSpannungs-Kennlinie kleiner als die nominelle Zellspannung. Die Gründe dafür liegen in kinetischer Hemmung des Ladungsdurchtritts, im ohmschen Widerstand des Elektrolyten und in Transportlimitationen, welche im Regelfall bei hohen Strömen auftreten. So beträgt beispielsweise die Zellspannung einer einzelnen Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle im Leerlauf ca. 1 V und sinkt bei Belastung auf unter 0,3 V ab. Weiters ist die StromSpannungs-Kennlinie von diversen Parametern abhängig, beispielsweise von der Geometrie, der Medienversorgung, der Alterung des Zellstacks, usw. und kann somit für jede Zelle und

natürlich auch für einen Zellstack anders aussehen.

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Für die klassische Prüfung eines Testobjekts, wie eines Zellstacks, wird ein Arbeitspunkt an der Strom-Spannungs-Kennlinie angesteuert. An diesem stationären Punkt kann eine Impedanzmessung erfolgen. Dabei wird einem Gleichstrom-Anteil (DC) ein WechselstromAnteil (AC) als Prüfstrom aufgeschlagen (eingeprägt), welcher dann eine genaue Analyse der einzelnen Bestandteile der Zellen erlaubt. Der Prüfstrom kann beispielsweise sinusförmig sein, es sind aber auch andere Signalformen möglich, wie etwa Pseudo-GleichverteilteBinärsignale (Pseudo-Random-Binary-Signal - PRBS). Der Prüfstrom kann dabei eine einzelne oder eine Mehrzahl an Frequenzen, oder auch ein gesamtes Spektrum an

Frequenzen aufweisen.

Zum Prüfen eines Testobjekts, z.B. einer Batterie oder Brennstoffzelle, ist (z.B. an einem Prüfstand) eine Prüfanordnung vorgesehen. Dabei kann dem Testobjekt bestehend aus einer Anzahl an elektrochemischen Bauteilen durch eine Belastungseinheit ein Arbeitspunkt vorgegeben werden und das Testobjekt mit einem positiven Strom belastet werden, was im Wesentlichen einem Entladen des Testobjekts entspricht. Das Testobjekt kann aber von der Belastungseinheit auch mit einem negativen Strom beladen werden, was im Wesentlichen einem Aufladen des Testobjekts entspricht. Insbesondere für reversibel arbeitende Testobjekte (z.B. bei Vorhandensein einer Sekundärbatterie, also eines Akkumulators) kann die Belastungseinheit daher auch als eine kombinierte Belastungs-/Beladungseinheit ausgeführt sein. Natürlich ist auch die Strom-Spannungs-Kennlinie abhängig von der Polarität des Arbeitspunkts und kann unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise können bei Entladung an einer Elektrode, Transportphänomene eine untergeordnete oder gar keine Rolle spielen, während beim Laden an derselben Elektrode Transportphänomene die Strom-Spannungs-Kennlinie signifikant beeinflussen. Natürlich kann nicht nur ein Strom

eingeprägt werden, es ist natürlich auch möglich, dass eine Spannung eingeprägt wird.

Während eines Prüfvorgangs stellen sich am Testobjekt Messgrößen — Strom oder Spannung - ein, welche, z.B. mit einer Einheit des Prüfstands, ermittelt und ausgewertet werden. Dies erfolgt jedoch praktisch, wie oben erwähnt, nur im stationären Arbeitspunkt, d.h. beispielsweise bei konstantem Belastungsstrom. Eine Änderung des Arbeitspunktes, während der Messung hat natürlich Auswirkungen auf den Prüfvorgang. Abhängig von der Dauer der Messung -— beispielsweise bei einem gesamten Spektrum vom Megahertz (MHz) bis zum Millihertz (mHz) Bereich — kann es zu einer Verzerrung der gemessenen Spektren im Prüfvorgang kommen. Es kann auch passieren, dass durch eine zu schnelle Änderung des Arbeitspunkts eine Auswertung des Prüfvorgangs nicht mehr möglich ist, beispielsweise

über klassische Ersatzschaltbilder, wie mit Widerstands-Kondensator Glieder (RC-Glied).

Eine regelmäßiger, unterbrechungsfreier Prüfvorgang ist wichtig, um Verluste in Leistung und Degradation zeitnah zu erkennen und das Testobjekt bzw. Stack gegebenenfalls

abschalten zu können. Zur Messung der Impedanz (AC-Anteil) wird üblicherweise ein

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Koppelkondensator verwendet, der es ermöglicht, den DC-Anteil des Arbeitspunktes vom AC-Anteil der Impedanz aufzutrennen. Bei schnellen Änderungen des Arbeitspunktes ist es erforderlich, dass sich auch die Spannung am Koppelkondensator ändert. Es kann aber auch passieren, dass die Polarität am Kondensator sich ändert. Da für sehr hohe DCSpannungen, aber Kondensatoren mit hoher Kapazität im Millifarad (mF) Bereich verwendet werden müssen, um einen Überschlag zu verhindern, kommen praktisch nur Elektrolytkondensatoren als Koppelkondensatoren zu Anwendung. Eine spontane Änderung der Polarität an einem Elektrolytkondensator kann im schlechtesten Fall zu dessen

Zerstörung führen.

Um dieses Problem mit einzelnen Koppelkondensatoren zu beheben, wurde entsprechend der AT 517 714 B1 eine Schaltung entwickelt, welche zwei antiseriell geschaltete Koppelkondensatoren verwendet, welche mit beispielsweise Schottky-Dioden geschützt werden. Koppelkondensatoren haben allerdings den Nachteil, dass bei Änderung des Arbeitspunkts der Prüfvorgang solange unterbrochen werden muss, bis die Koppelkondensatoren ent- bzw. geladen wurden. Folglich sind Koppelkondensatoren nicht

für Messungen geeignet, bei denen regelmäßige Änderungen des Arbeitspunkts auftreten.

Es ist Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, eine Testanordnung und ein Verfahren zum Testen eines Testobjekts anzugeben, wobei ein unterbrechungsfreies Einbringen von

Prüfsignalen in das Testobjekt ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Testanordnung zumindest aufweist: die Automatisierungseinheit, welche ausgestaltet ist, über eine erste Spannungsmesseinheit und über eine erste Strommesseinheit aus der Strom-Spannungs-Kennlinie ein virtuelles Potential zu bestimmen und über eine zweite Spannungsmesseinheit und eine zweite Strommesseinheit einen Prüfstrom und eine sich einstellende Prüfspannung zu messen; eine Prüfsignalquelle, welche mit der Automatisierungseinheit verbunden ist und ausgestaltet ist, dem Testobjekt den Prüfstrom einzuprägen; und eine Referenzspannungsquelle, welche mit der Automatisierungseinheit verbunden und ausgestaltet ist, der Prüfsignalquelle das

virtuelle Potential vorzugeben.

Das ist vorteilhaft, weil die Signaländerungen durch die Belastungseinheit schneller als die Signaländerungen der Prüfsignalquelle sein können. Damit ist es möglich, dass sich die Frequenzbereiche der Belastungseinheit und der Prüfsignale überlappen. Es kann also die DC-Grenzfrequenz größer als die Grenzfrequenz sein. Damit sind eine durchgehende

unterbrechungsfreie Signaleinprägung und Messung möglich.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Automatisierungseinheit ausgebildet, der Belastungseinheit einen Belastungsstrom vorzugeben. Somit kann die

Automatisierungseinheit einen sehr genauen Gleichstrom in das Testobjekt einbringen, und

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ebenfalls gewollte Änderungen sehr schnell umsetzten. Das kann beispielsweise nötig sein, wenn ein Testobjekt in einem Fahrzeug, wie einem Elektrofahrzeug eingesetzt wird, und

unterschiedliche Belastungen innerhalb einer relativ kurzen Zeitdauer benötigt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Prüfsignalquelle ausgebildet, den Prüfstrom mit zumindest einer Einprägefrequenz in das Testobjekt einzuprägen. Somit kann ein Wechselstrom mit einer Frequenz, welche charakteristisch ist, um beispielsweise ein

Degradationsphänomen zu erkennen, eingeprägt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Prüfsignalquelle ausgebildet, den Prüfstrom als Frequenzspektrum mit einer Mehrzahl an Frequenzen in das Testobjekt einzuprägen. Ein Frequenzspektrum — auch oftmals als Impedanzspektrum annotiert — kann vorteilhaft sein, um verschiedene Phänomene in einem Testobjekt mittels einer Messung zu betrachten. Beispielsweise können Elektrolytwiderstände, kinetische Hemmungen an den Elektroden, chemische Kapazitäten, Streukapazitäten und Ähnliches in einer Messung

bestimmt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Automatisierungseinheit integraler Bestandteil eines Prüfstandes, oder eines Steuergeräts eines Fahrzeugs, oder eines Batteriemanagementsystems einer Batterie, oder einer Brennstoffzellensteuereinheit. Die Automatisierungseinheit kann damit in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Somit kann die Automatisierungseinheit sowohl Ladeprozesse und/oder Entladeprozesse an

einem Testobjekt und/oder Zellstack betreiben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Belastungseinheit abhängig vom Betriebsmodus des Testobjekts, wobei die Belastungseinheit eine spannungsgesteuerte Stromquelle oder ein Verbraucher ist. Die Belastungseinheit kann unterschiedlich ausgestaltet sein, je nachdem ob Ladeprozesse und/oder Entladeprozesse an einem

Testobjekt und/oder Zellstack stattfinden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch über ein Verfahren zur Überprüfung eines Testobjekts mittels eines Prüfstroms gelöst, wobei eine Automatisierungseinheit folgende Schritte ausführt: Aufnahme einer Strom-Spannungs-Kennlinie unter Vorgabe eines Gleichstroms einer Belastungseinheit über eine erste Spannungsmesseinheit und einer ersten Strommesseinheit; Errechnen eines virtuellen Potentials auf Basis der aufgenommenen Strom-Spannungs-Kennlinie und eines Arbeitspunkts und Vorgabe des virtuellen Potentials über eine Referenzspannungsquelle an eine Prüfsignalquelle; Vorgabe des Prüfstroms über die Prüfsignalquelle, um dem Testobjekt den Prüfstrom einzuprägen und Messen des Prüfstrom und einer sich einstellende Prüfspannung über eine zweite

Spannungsmesseinheit und eine zweite Strommesseinheit und Variieren des Arbeitspunkts

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und Anpassen des virtuellen Potentials auf Basis des aktuellen Arbeitspunkts über die

Referenzspannungsquelle an der Prüfsignalquelle.

In einer vorteilhaften Ausführungsform misst die erste Spannungsmesseinheit parallel zum Testobjekt in einem Messtromkreis eine Gesamtspannung, als Summe aus einer Gleichspannung und einer Prüfspannung, und die erste Strommesseinheit misst in Serie zum Messstromkreis einen Gesamtstrom, als Summe aus dem Gleichstrom und dem Prüfstrom. Die Gesamtspannung und der Gesamtstrom werden dann an die Automatisierungseinheit übermittelt. Somit kann sowohl die Gesamtspannung und der Gesamtstrom als auch Gleichspannung und Gleichstrom im Messtromkreis ermittelt werden. Es können daraus auch abgeleitete Messgrößen wie Leistung oder Lade- und/oder

Entladezustand ermittelt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform misst die zweite Spannungsmesseinheit parallel zur Prüfsignalquelle in einem Prüfstromkreis die Prüfspannung, und die zweite Strommesseinheit misst in Serie zum Prüfstromkreis den Prüfstrom. Die Prüfspannung und der Prüfstrom werden dann an die Automatisierungseinheit übermittelt. Somit kann das Prüfsignal abgekoppelt vom Belastungsstrom bzw. unabhängig von der Belastungsspannung ermittelt werden. Das Prüfsignal kann sofort von der Automatisierungseinheit aufgenommen

werden und in weiterer Folge ausgewertet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden von einer Auswerteeinheit in der Automatisierungseinheit Kennwerte des Testobjekts, vorzugsweise frequenzabhängige Impedanzen, Oberwellen, Klirrfaktoren, ermittelt. Somit können verschiedenste Effekte, wie Degradation, Signalqualität und Qualität des Testobjekts, ermittelt werden. Ein Klirrfaktor kann dabei verwendet werden, um ein Verhältnis zwischen einer Grundwelle und einer

Oberwelle, beispielsweise des Prüfsignals oder des Testobjekts, zu ermitteln.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4b näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte

Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt Fig. 1 eine Strom-Spannungskurve eines elektrochemischen Bauteils, Fig. 2a einen getrennten Frequenzbereich von Gleichstrom und Prüfstrom, Fig. 2b einen überlappenden Frequenzbereich von Gleichstrom und Prüfstrom, Fig. 3 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Testanordnung, Fig. 4a ein Testlauf mit der erfindungsgemäße Prüfeinheit, und

Fig. 4b eine zum Testlauf in Fig. 4a zugehörige Strom-Spannungs-Kennlinie.

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Im Rahmen der gegenständlichen Beschreibung wird ein Testobjekt 1 verwendet, welches beispielsweise ein Zellstack sein kann. Ein Zellstack besteht aus einer Mehrzahl (bis zu mehrere hunderte) in Serie geschalteten elektrochemischen Bauteilen, wie z.B. Brennstoffzellen oder Batteriezellen oder Akkumulatoren. Es ist aber auch möglich, mit der gegenständlichen Erfindung einzelne elektrochemische Bauteile zu vermessen. Abhängig von der Belastung durch Strom oder Spannung am Testobjekt 1 stellt sich ein Arbeitspunkt WP an einer Strom-Spannungs-Kennlinie 2 ein. Die Strom-Spannungs-Kennlinie 2 in Fig. 1 kann mehrere charakteristische Bereiche beinhalten. Nahe vom Wert des Stroms I=0 kann die kinetischer Hemmung 2.1 maßgebend sein, während im mittleren Strombereich der Elektrolytwiderstand 2.2 dominieren kann und bei hohen Strömen Transportphänomene 2.3 maßgebend sein können, die beispielsweise durch Diffusionslimitationen verursacht werden können. Die Strom-Spannungs-Kennlinie 2 kann natürlich abhängig vom elektrochemischen Bauteil sein. Die grundlegenden Prinzipien sind dem Fachmann bekannt und werden daher

hier nicht im Detail erörtert.

Ein Testobjekt 1 hat einen Pol mit hohem Potential und einen Pol mit niedrigem Potential. Der Pol mit hohem Potential wird als positiver Pol + annotiert und dient zur Bestimmung

eines virtuellen Potentials Vm, wie weiter unten noch erläutert wird.

Auch die Dimensionierung des Testobjekts 1 kann natürlich Einfluss auf die Absolutwerte der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 haben. Zur Veranschaulichung ist die Strom-SpannungsKennlinie 2 nur im ersten Quadranten des kartesischen Koordinatensystems gezeigt, wobei abhängig von der Polarität und der Belastung des Testobjekts 1 auch der Teil der StromSpannungs-Kennlinie 2 im dritten Quadranten ausschlaggebend sein kann. Auf der Ordinate ist die Spannung U(V) gegeben, auf der Abszisse der Strom I(A). Die Zellspannung Uz entspricht im Leerlauf (d.h. bei einem Zellstrom Iz von null) annähernd der idealen Zellspannung Uo.. Beispielsweise kann die Zellspannung Uz 1,2 V bei einer klassischen Brennstoffzelle mit Redoxedukten Wasserstoff und Sauerstoff sein. Beispielsweise haben Lithium-lonen-Batterien eine Zellspannung Uo von ungefähr 3,6 V. Unter Belastung, d.h. mit steigendem Strom I(A) sinkt die Zellspannung U(V) jedoch abhängig vom Strom I(A). Der Verlauf (Steilheit und Länge) der Strom-Spannungs-Kennlinien 2 kann von verschiedenen Parametern, z.B. von der Geometrie, der Medienversorgung, der Alterung der elektrochemischen Bauteile im Testobjekt 1 etc. abhängig sein. Solche Strom-SpannungsKennlinien 2 können prinzipiell von jedem einzelnen elektrochemischen Bauteil

aufgenommen werden oder vom gesamten Testobjekt 1.

Um ein Testobjekt 1 einem Prüfvorgang zu unterziehen, wird das Testobjekt 1 mit einem Gleichstrom Ioe belastet. Damit kann ein stationärer Arbeitspunkt WP an der StromSpannungs-Kennlinie 2 festgelegt werden, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Es ist aber auch

möglich, dass die Belastung in erfindungsgemäßen Verfahren nicht stationär erfolgt, sondern

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beispielsweise als Rampe, Sinusfunktion oder in definierten Stufen ausgestaltet ist. Damit

kann der Arbeitspunkt WP also gezielt variiert werden.

Der Prüfvorgang, also die Signaleinprägung, wird erfindungsgemäß mittels eines Prüfstroms lac — also mittels eines Wechselstroms — durchgeführt, welcher in das Testobjekt 1 eingeprägt wird. Der Frequenzbereich des Prüfstroms Ic wird mit „AC-Bereich“ bezeichnet und kann eine oder mehrere definierte Einprägefrequenzen f beinhalten. Es ist auch möglich, dass ein gesamtes Frequenzspektrum aufgenommen wird. Dabei kann die Einprägefrequenz f eines Prüfstroms Iıc von einer hohen Frequenz, beispielsweise im Megahertz (MHz) Bereich bis zu einer Grenzfrequenz f, im Millihertz (mHz) Bereich verändert werden. Der Frequenzbereich wird im Regelfall vom Fachmann vor einem Prüfvorgang bestimmt, und kann einen dem elektrochemischen Bauteil entsprechenden Bereich für die zumindest eine

Einprägefrequenz f enthalten.

Der Arbeitspunkt WP kann sich ebenfalls während einer Messung verändern. Beispielsweise können Degradation oder Entladung zu einer Änderung an der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 bzw. einer Entladekurve (nicht gezeigt) führen und damit den Arbeitspunkt WP ungewollt verändern. Es kann aber auch eine Arbeitspunkt WP absichtlich verändert werden, beispielsweise von einer Automatisierungseinheit 6. Das kann beispielsweise beim Betrieb einer Brennstoffzelle im Fahrzeug nötig sein, um auf alternierenden Strombedarf reagieren

zu können.

Um ein Testobjekt 1 einem Prüfvorgang zu unterziehen, wird das Testobjekt 1 einerseits durch einen Gleichstrom Ipc, welcher von einer Automatisierungseinheit 6 als Sollstrom Ipc,son vorgegeben wird, belastet und andererseits ein Prüfstrom Ic in das Testobjekt 1 eingeprägt. Der Frequenzbereich des Prüfstroms Isc kann bei einer Grenzfrequenz f, starten. Es ist aber auch beispielsweise möglich, dass der Prüfstroms I4c bei einer hohen Einprägefrequenz f startet, beispielsweise im MHz Bereich. Der Frequenzbereich einer Änderung des Gleichstroms Ipc, d.h. des Arbeitspunkts WP reicht von 0 Hz und bis zu einer DCGrenzfrequenz f.. Es kann prinzipiell wünschenswert sein, dass die DC-Grenzfrequenz fo und die Grenzfrequenz fu möglichst weit auseinanderliegen (DC-Grenzfrequenz fo << Grenzfrequenz fu), vorzugsweise mindestens um den Faktor 10, d.h. um eine FrequenzDekade.

In Fig. 2a wird eine gute Trennung der Frequenzbereiche der Änderung des Gleichstroms Ipc und des Prüfstroms I4c gezeigt. Die Abszisse zeigt dabei die logarithmierte Frequenz und die Ordinate den Strom. Damit kann verhindert werden, dass die Messtechnik übersteuert und die oben genannten Einschränkungen auftreten. In der Praxis überlappen sich diese beiden

Bereiche jedoch, was in Folge durch ein kurzes Rechenbeispiel dargestellt werden kann und

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in Fig. 2b schematisch dargestellt wird. Die Spannungen und Ströme sind zur reinen

Erläuterung im Rechenbeispiel als Funktion der Zeit t dargestellt.

Der Zusammenhang zwischen einer an einem Testobjekt 1 angelegten Prüfstrom Uac(t), hier als Funktion der Zeit t dargestellt, und dem in das Testobjekt 1 eingeprägten Prüfstrom lAc(t) kann allgemein über die Impedanz Z des Testobjekts 1 beschrieben werden: Uac(t) = lac(t) * Z. Für harmonische Schwingungen ergibt sich der allgemeine Zusammenhang uft) = Ü*sin(w*t) = T*Z*sin(w*t). In Bezug auf ein Testobjekt 1 bezeichnet w = 2*m*f die Kreisfrequenz, Ü die Spitzenspannung und | den Spitzenstrom des eingeprägten Prüfstrom lac(t) dar. Die Spitzenspannung Ü und der Spitzenstrom | hängen wiederum über die Impedanz Z des Testobjekts 1 zusammen: U = | Z. Über die erste zeitliche Ableitung du(t)/dt = Ü* 2*m*f *cos(w*t) ergeben sich die Extremwerte (Maximalwerte und Minimalwerte) der

Prüfspannung Uac(t) zu den Zeitpunkten t = 0, ıT, 2*7, usw.

Wird, beispielsweise, in ein Testobjekt 1 mit einer Impedanz Z von 0,1 Ohm ein Prüfstrom lac mit einem Spitzenstrom | von 2 A eingeprägt, so ergibt sich eine Prüfspannung Une mit einer Spitzenspannung Ü von 0,2 V. Bei einer Einprägefrequenz f von 1 Hz (Prüfkreisfrequenz w = 2mTf = 21) ergibt sich für die Prüfspannung Uasc eine maximale Spannungsänderung du(t)/dt = Ü* 2*7m*f *cos(w*t) = 1,256 V/s. Dieselbe maximale Spannungsänderung dU(t)/dt ergibt sich

für den Prüfstrom Isc mit einem Spitzenstrom | von 0,2 A bei einer Einprägefrequenz f von 10

Hz, oder bei einem Spitzenstrom | von 20 A bei einer Einprägefrequenz f von 0,1 Hz usw.

Wird davon ausgegangen, dass sich für ein Testobjekt 1 eine maximale Änderung der Gleichspannung Upe (d.h. des Arbeitspunkts) von 250 V/s ergibt, so folgt daraus für die Gleichspannung Upe eine Spitzenspannung U von 40 V bei einer Frequenz f von 1 Hz, und eine Spitzenspannung Ü von 1 V bei einer Frequenz von 40 Hz etc. Somit ist erkennbar, dass sich die DC-Grenzfrequenz fo und die Grenzfrequenz fu zwischen 1 Hz und 40 Hz

überlappen können, wie auch schematisch in Fig. 2b dargestellt wird.

Durch die erfindungsgemäße Testschaltung mit der Prüfsignalquelle 7 und der in Serie geschalteten spannungsgesteuerten Spannungsquelle 9 wird mit der zweiten Spannungsmesseinheit 10 nur die Frequenzanteile der Prüfspannung Uac erfasst, weil die Frequenzanteile der Belastungseinheit 3 durch die Serienschaltung subtrahiert werden, Uges = Vm + Use, oder Uac = Uges- Vm). Die Testschaltung wird unten im Detail erörtert. Somit kann ein Überlappen der Frequenzen wie in Fig. 2b gezeigt wird unproblematisch für die

Auswertung des Prüfsignals sein.

Fig. 3 stellt eine erfindungsgemäße Testschaltung für ein Testobjekt 1 dar. In einem Messstromkreis 12 sind zumindest vorgesehen: eine Belastungseinheit 3, eine erste Spannungsmesseinheit 5 sowie das Testobjekt 1, beispielsweise als Zellstack. Als

Testobjekt 1 ist, wie bereits erwähnt, beispielsweise ein Stapel elektrochemischer Bauteile,

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d.h. z.B. Elektrolyseure, Primärzellen (Batterien), Akkumulatoren (Sekundärzellen), Brennstoffzellen etc., vorgesehen. Die Testanordnung 1 wird von einer Automatisierungseinheit 6 gesteuert. Die Automatisierungseinheit 6 kann ein integraler Bestandteil eines Prüfstandes, oder eines Steuergeräts eines Fahrzeugs, oder eines Batteriemanagementsystems einer Batterie, oder einer Brennstoffzellensteuereinheit sein. Somit kann die Testanordnung 1 in einer Vielzahl an Anwendungen eingesetzt werden,

welche dem Fachmann geläufig sind.

Die Belastungseinheit 3 ist mit der Automatisierungseinheit 6 verbunden, wobei die Automatisierungseinheit 6 der Belastungseinheit 3 einen Belastungsstrom Ipc,soı vorgibt. Die Belastungseinheit 3 gibt dann einen Gleichstrom Ipc im Testobjekt 1 vor. Es ist aber auch vorstellbar, dass eine Belastungsspannung Upc,so von der Automatisierungseinheit 6 vorgegeben wird. Die Belastungseinheit 3 ist im Regelfall ausgebildet, einen hohen Gleichstrom Ipe in das Testobjekt 1 einzubringen, da beispielsweise Laden eines Akkumulators mehrere 100 Ampere Strom benötigt. Die Automatisierungseinheit 6 kann aber auch ausgebildet sein bei Betrieb einer Brennstoffzelle als Testobjekt 1 die Zufuhr von Gasströmen zu steuern (beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff) und kann damit den

Arbeitspunkt WP am Testobjekt 1 einstellen.

Es kann aber auch möglich sein, dass die Belastungseinheit 3 ein Verbraucher ist. Das ist dann vorteilhaft, wenn das Testobjekt 1 beispielsweise eine Batterie oder ein Akkumulator ist, und die Belastungseinheit 3 als Verbraucher über die Batterie und den Akkumulator betrieben wird. Dann kann es nicht nötig sein, dass ein Gleichstrom Ioc am Testobjekt 1 vorgegeben wird. Es ist auch vorstellbar, dass die Rolle der Belastungseinheit 3, also spannungsgesteuerte Stromquelle oder Verbraucher, je nach Betriebsmodus des Testobjekts 1 wechselt. Ein solcher Wechsel kann beispielsweise bei Lade — und

Entladezyklen bei Batterien und Akkumulatoren der Fall sein.

Zur Beschreibung der Erfindung wird die Belastungseinheit 3 am Beispiel eines Gleichstroms Ioc demonstriert, ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt. Die Belastung durch den Gleichstrom Ioe kann in diesem Zusammenhang sowohl in Form eines negativen Gleichstroms Ipc (z.B. bei einem Elektrolyseur oder einer Batterie als Testobjekt 1), als auch in Form eines positiven Gleichstroms Ipc (z.B. bei einer Brennstoffzelle als Testobjekt 1) erfolgen und definiert den Arbeitspunkt WP in der Strom-Spannungs-Kennlinie 2. Dabei stellt sich am Testobjekt 1 eine Gleichspannung Upc auf Basis der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 ein. Als Belastungseinheit 3 kann beispielsweise eine geregelte Stromsenke vorgesehen

sein.

Zur Bestimmung eines virtuelle Potentials Vm wird eine Strom-Spannungs-Kennlinie 2 von

der Automatisierungseinheit 6 aufgenommen. Zur Aufnahme der Strom-Spannungs-

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Kennlinie 2 kann der Gleichstrom Ioc von einem ersten Wert Iı se bis zu einem zweiten Wert I2,see geändert werden und währenddessen die Gesamtspannung Uges über die erste Spannungsmesseinheit 5 (ohne Anlegen eines Prüfsignals Iıc identisch mit der Gleichspannung Upe) gemessen werden. Diese Messung kann beispielsweise mit Abtastgeschwindigkeiten von 5 A/s zu 500 A/s, bevorzugterweise von 50 A/s bis 100 A/s, erfolgen. Es kann aber auch möglich sein, dass in einer definierten Zeitdauer, beispielsweise in 1 min, die Aufnahme der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 erfolgt. Je nach Vorgabe des ersten Werts I1,se: und des zweiten Werts I2,se« kann die Abtastgeschwindigkeit daher unterschiedlich sein. Die Aufnahme der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 kann auch abhängig

von der Anzahl der aufzunehmenden Punkte an der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 sein.

Wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie 2 im Betrieb nachgemessen wird, kann beispielsweise nur zumindest ein Wert (Strom-Spannungs-Wertpaar, beispielweise nur den ersten Werts I1,seı) an der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 gemessen werden. Somit kann

beispielsweise eine Degradation des Testobjekts 1 im Betreib nachvollzogen werden.

In Fig. 1 sind exemplarisch erster Wert I1,se und zweiter Wert I2,se gezeigt. Vorteilhafterweise liegen die Werte oberhalb des Kurzschlussstroms (Ice) und unterhalb der Leerlaufspannung Uz im Betrieb. Für Testzwecke kann aber auch ein weiterer Bereich der Strom-SpannungsKennlinie 2 abgetastet werden, beispielsweise von einem negativen Strombereich zu einem positivem Strombereich. Dabei kann dann der Punkt der Gleichspannung Ipe = 0 durchlaufen

werden.

Zur Aufnahme der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 wird sowohl die Gesamtspannung Uses als auch der Gesamtstrom Ices gemessen. Das erste Spannungsmessgerät 5 ist zur Ermittlung der Gesamtspannung Usees parallel zum Testobjekt 1 geschaltet und misst den Spannungsabfall zwischen + Pol und Masse GND. Somit kann am ersten Spannungsmessgerät 5 die Gesamtspannung Uges = Uac + Upe gemessen werden und an die Automatisierungseinheit 6 weitergegebenen werden. Die Gesamtspannung Uges besteht aus einer Gleichspannung Upc der Belastungseinheit 3 und einer Prüfspannung Uac eines Prüfsignals. Wenn kein Prüfsignal anliegt, entspricht die Gesamtspannung Uges der Gleichspannung Use. Der Gesamtstrom Iges wird an einer ersten Strommesseinheit 4, welcher in Serie mit dem Testobjekt 1 im Messstromkreis 12 geschaltet ist, gemessen und an die Automatisierungseinheit 6 weitergegeben. Der Gesamtstrom Iges setzt sich aus einem Gleichstrom Ioe der Belastungseinheit 3 und einem Prüfstrom Ic eines Prüfsignals. Solange kein Prüfsignal verwendet wird, sind nur die Gleichspannung Upe und der Gleichstrom Ipc am

Testobjekt 1 anliegend.

Bei einer ersten Aufnahme der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 durch die

Automatisierungseinheit 6 wird noch kein Prüfsignal in das Testobjekt 1 eingeprägt. Das

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erste Spannungsmessgerät 5 misst daher nur die Gleichspannung Upce und die erste Strommesseinheit 4 nur den Gleichstrom Ipc. Aus dem Zusammenhang der Werte des Gleichstroms Ioc und der Gleichspannung Upe ergibt sich eine Strom-Spannungs-Kennlinie 2 mit Upce = f (Ibc) des Testobjekts 1. Diese Werte, und damit die Strom-Spannungs-Kennlinie 2 können beispielsweise als Tabelle abgelegt werden. Anhand der Strom-SpannungsKennlinie 2 kann die Gleichspannung Upc für jeden Gleichstrom Ipe vorhergesagt werden. Solche Strom-Spannungs-Kennlinien 2 können in regelmäßigen Zeitabständen aufgenommen werden, um Entladung, Degradation und Alterung eines Testobjekts 1

verfolgen zu können.

Mit der Belastungseinheit 3 kann das Testobjekt 1 im Messstromkreis 12 auch betrieben werden. Damit kann beispielsweise ein Akkumulator geladen werden. Es ist aber auch möglich, eine Brennstoffzelle mittels Gaszufuhr (nicht gezeigt) zu betreiben. Bei Betrieb einer Brennstoffzelle wird dann beispielsweise Gesamtspannung Uges und Gesamtstrom Iges Nur gemessen und nicht von der Belastungseinheit 3 vorgegeben. Es ist aber dennoch möglich, eine erfindungsgemäße Prüfsignaleinprägung während des Betriebs ohne Belastung durch

die Belastungseinheit 3 vorzunehmen.

Der Prüfstromkreis 12.1 beinhaltet erfindungsgemäß eine Prüfsignalquelle 7, eine Referenzspannungsquelle 9, eine zweite Spannungsmesseinheit 10 und eine zweite Strommesseinheit 11. Die Prüfsignalquelle 7 ist ausgestaltet, einen Prüfstrom I4c als Prüfsignal in das Testobjekt 1 einzuprägen. Die Prüfsignalquelle 7 ist mit der Automatisierungseinheit 6 verbunden und ausgestaltet, einen Prüfstrom Ic entsprechend einem, von der Automatisierungseinheit 6 vorgegebenen, Soll-Prüfstrom Iac,so1 IN das Testobjekt 1 einzuprägen. Der Prüfstrom Isc kann beispielsweise über eine spannungsgesteuerte Stromquelle 7 (U>1) eingebracht werden. Es ist aber auch denkbar, dass eine Prüfspannung Uac eingebracht wird. Dazu kann es dann nötig sein, auch die Prüfsignalquelle 7 anzupassen. Bei Vorgabe eines Prüfstrom Iac stellt sich am Testobjekt 1 eine Prüfspannung Uac ein. Diese wird der Gleichspannung Upc der Belastungseinheit 3 überlagert und über die Gesamtspannung Uees an der ersten Spannungsmesseinheit 5 gemessen. Dabei können beispielsweise einzelne Frequenzen eingeprägt werden. Der Prüfstrom Iac hat also zumindest eine Einprägefrequenz f. Es kann aber auch ein gesamtes Frequenzspektrum eingeprägt und aufgenommen werden. Dabei wird die Frequenz kontinuierlich verändert und die resultierende Prüfspannung Usc aufgenommen. Die verschiedenen Formen der Erzeugung eines Prüfsignals sind im Stand der Technik bekannt

und dem Fachmann geläufig.

Eine Messung eines Prüfsignals mittels Prüfstroms Isc bei stationärem Arbeitspunkt WP in der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 ist prinzipiell unproblematisch. Im Stand der Technik wird

dazu die Prüfspannung Uasc, welche über den Soll-Prüfstrom Iac,soı eingebracht wird, über

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einen Koppelkondensator aufgetrennt und gemessen (nicht gezeigt). Bei Änderungen des Arbeitspunktes WP kann es zu diversen Nachteilen kommen. Es kann nötig sein, dass ein Koppelkondensator nach einer Arbeitspunktänderung WP neu geladen/entladen wird. Das führt zwangsläufig zu Messpausen, wobei eine Messung bzw. die Erzeugung eines Prüfsignals unterbrochen wird. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß vermieden, indem die Prüfsignalquelle 7 auf die momentane Gleichspannung Upc des Testobjekts 1 angehoben

wird.

Dazu ist erfindungsgemäß die Referenzspannungsquelle 9 als spannungsgesteuerte Spannungsquelle (U>U) ausgestaltet, wobei die Referenzspannungsquelle 9 ein virtuelles Potential Vm bereitstellt. Durch das Mitführen des virtuellen Potentials Vm auf Basis der Gleichspannung Upe kann auf die Verwendung eines Koppelkondensators verzichtet werden. Es kann mit einer Prüfsignalquelle 7 gearbeitet werden, die keine besondere Spannungsfestigkeit erfordert, weil nur eine kleine Prüfspannung Uac erzeugt wird. Das virtuelle Potential Vm wird über die aufgenommene Strom-Spannungs-Kennlinie 2 bestimmt, welche in Abwesenheit des Prüfsignals aufgenommen wurde. Somit entspricht das virtuelle Potential Vm dem momentanen Arbeitspunkt WP des Testobjekts 1, der sich aber im Betrieb

kontinuierlich oder sprunghaft verändern kann.

Die zweite Spannungsmesseinheit 10 misst erfindungsgemäß die Prüfspannung Uac hochgenau und gibt diese an die Automatisierungseinheit 6 weiter. Bei Anlegen der Prüfspannung Uac wird diese im Betrieb auf die Gleichspannung Upc aufgebracht und die Gesamtspannung Uses ändert sich dementsprechend. Das virtuelle Potential Vm entspricht aber, über die Relation in der Strom-Spannungs-Kennlinie 2, der Gleichspannung Use am

Arbeitspunkt WP wie schon oben beschrieben wurde.

Der durch das Testobjekt 1 fließende Gesamtstrom Iges Sowie die am Testobjekt 1 anliegende Gesamtspannung Uges setzen sich grundlegend aus dem Prüfstrom Iıc und dem Gleichstrom Ioe respektive aus der Prüfspannung Uasc und der Gleichspannung Use zusammen. Durch die vorliegende Anordnung wird die Prüfsignalquelle 7 über Referenzspannungsquelle 9 immer auf das Potential der Gleichspannung Upc — welche das virtuelle Potential Vm darstellt - gehoben. Somit kann durchgehend ein Prüfsignal über die Prüfsignalquelle 7 eingeprägt werden, ohne die Limitationen eines Koppelkondensators. Folglich ist es damit möglich, nicht nur an einem stationären Arbeitspunkt WP ein Prüfsignal einzuprägen, sondern auch bei gewollten und ungewollten Änderungen des Arbeitspunkts WP. Die Referenzspannungsquelle 9 kann einen sehr geringen Innenwiderstand aufweisen, und weist daher wenig bis keinen Spannungsverlust auf. Somit kann durchgehend unterbrechungsfrei ein Prüfsignal eingeprägt werden, auch bei Überlagerungen der

Frequenzbereiche, wie in Fig. 2b dargestellt worden ist.

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Der Prüfstrom Ic wird über die zweite Strommesseinheit 11 gemessen und der Automatisierungseinheit 6 zugeführt. Die zweite Strommesseinheit 11 kann prinzipiell den Prüfstrom I4c in einer hohen Genauigkeit messen, beispielweise im Nano-Ampere nA bis Pico-Ampere pA Bereich. Somit kann die zweite Strommesseinheit 11 wesentlich genauere Messungen des Prüfsignals liefern als die erste Strommesseinheit 4. Es ist dann möglich, dass mittels Differenzbildung aus dem von der ersten Strommesseinheit 4 gemessenen Gesamtstrom Ices = lac+ Ioc und dem mit der zweiten Strommesseinheit 11 gemessenen

Prüfstrom Iac auch der Gleichstrom Ipc in der Automatisierungseinheit 6 ermittelt wird.

Somit kann der Arbeitspunkt WP anhand der aufgenommenen Strom-Spannungs-Kennlinie 2 variiert werden. Eine beispielhafte Rampe mit Verschiebung des Arbeitspunkts WP über den

Gesamtstrom ges ist in Fig. 4b gegeben.

Die Automatisierungseinheit 6 kann eine Auswerteeinheit 60 aufweisen, welche ausgestaltet ist, die Gleichspannung Upc, die Prüfspannung Use und den Prüfstrom Iıc sowie den Gleichstrom Ioe über den Belastungsstroms Ipc,soı zur Durchführung eines Prüfvorgangs zu

verarbeiten und auch darzustellen.

In Fig. 4a wird der Belastungsstroms Ipc,so1ı VON der Automatisierungseinheit 6 vorgegeben und ändert den Wert des Gleichstroms Ioc von einem ersten Wert Iı se bis zu einem zweiten Wert I2se ab. In Fig. 4a ist beispielhaft eine gewollte Verschiebung des Arbeitspunkts WP in Form einer Rampe von einem ersten Wert I; set bis zu einem zweiten Wert I2,se« gegeben. Es sind aber auch andere Funktionen, abhängig von der Zeit denkbar, wie Kreisfunktionen (Sinus, Cosinus) oder stufenweise Erhöhungen des Gleichstrom Ipc. Der Prüfstrom Iac wird über die Prüfsignalquelle 7 beispielsweise mit einer einzigen Einprägefrequenz f eingeprägt,

wie in Fig. 4a gezeigt wird.

Fig. 4b zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie 2 mit der Gleichspannung Upe und der überlagerten Prüfspannung Usc. Abhängig von der Veränderung des Arbeitspunkts WP (gewollt oder ungewollt) kann nur ein Teil der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 abgetastet werden (wie in Fig. 4a mit der Rampe durchgeführt wird) oder auch die gesamte StromSpannungs-Kennlinie 2. In Fig. 4b ist der erste Quadrant der Strom-Spannungs-Kennlinie 2 vollständig abgetastet worden, beispielsweise mit der Rampe aus Fig. 4a von einem Arbeitspunkt WP mit niedrigem Gleichstrom Ipc, also Iı,se, zu einem Arbeitspunkt mit hohem Gleichstrom Ipe, also I2se. Abhängig von der Impedanz Z des Testobjekts 1 ist die Prüfspannung Use phasenverschoben zum Prüfstrom Isc. Beispielsweise führen induktive und/oder kapazitive Anteile in einem Testobjekt 1 zu einer Phasenverschiebung um einen Winkel ©. Bei einer spektroskopischen Analyse — also mit unterschiedlichen Frequenzen — ist

es daher möglich, unterschiedliche kapazitive, induktive und ohmsche Anteile zu messen.

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Das ist vorteilhaft da dadurch verschiedene Effekte, wie Elektrolyt- oder

Elektrodendegradation gemessen werden können.

Somit können Signaländerungen durch die Belastungseinheit 3, welche schneller als die Prüfsignale der Prüfsignalquelle 7 sein können, gemessen werden. Die Frequenzbereiche der Belastungseinheit 3 und des zumindest einen Prüfsignals können sich überlappen, wie in Fig. 2b dargestellt, aber es ist dennoch eine durchgehende unterbrechungsfreie

Signaleinprägung bzw. Messung möglich.

Vorteilhafterweise wird eine solche Messstrategie von der Automatisierungseinheit 6 selbständig durchgeführt. Die Automatisierungseinheit 6 kann integraler Bestandteil eines Prüfstandes sein, oder als externe Einheit ausgeführt sein. So kann die Automatisierungseinheit 6 beispielsweise in einem Steuergerät eines Fahrzeugs (Control Unit oder kurz CU), in einem Batterie-Management-System (BMS), in einer Fuel Cell Control Unit (FCCU) ete. integriert sein.

Die Automatisierungseinheit 6 kann nun die Prüfspannung Uasc bevorzugterweise in der Auswerteeinheit 60 verarbeiten, um im jeweiligen Arbeitspunkt WP (d.h. bei der jeweiligen Gleichspannung Upe und dem jeweiligen Gleichstrom Io»c Kennwerte des Testobjekts 1, wie

z.B. frequenzabhängige Impedanzen, Oberwellen, Klirrfaktoren etc. zu ermitteln.

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Claims (1)

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Patentansprüche

Testanordnung für eine Überprüfung eines Testobjekts (1), wobei in der Testanordnung eine Belastungseinheit (3) vorgesehen ist, welche mit einer Automatisierungseinheit (6) verbunden und ausgestaltet ist, einen von der Automatisierungseinheit (6) vorgegebenen Arbeitspunkt (WP) auf einer Strom-Spannungs-Kennlinie (2) des Testobjekts (1) mittels eines Gleichstroms (Ipc) vorzugeben, dadurch gekennzeichnet dass die Testanordnung zumindest aufweist: die Automatisierungseinheit (6), welche ausgestaltet ist, über eine erste Spannungsmesseinheit (5) und über eine erste Strommesseinheit (4) aus der Strom-Spannungs-Kennlinie (2) ein virtuelles Potential (Vm) zu bestimmen und über eine zweite Spannungsmesseinheit (10) und eine zweite Strommesseinheit (11) einen Prüfstrom (lsc) und eine sich einstellende Prüfspannung (Uasc) zu messen; eine Prüfsignalquelle (7), welche mit der Automatisierungseinheit (6) verbunden ist und ausgestaltet ist, dem Testobjekt (1) den Prüfstrom (lac) einzuprägen; und eine Referenzspannungsquelle (9), welche mit der Automatisierungseinheit (6) verbunden und

ausgestaltet ist, der Prüfsignalquelle (7) das virtuelle Potential (Vm) vorzugeben.

Testanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungseinheit (6) ausgebildet ist, der Belastungseinheit (3) einen

Belastungsstrom (Ipc,sou) vorzugeben.

Testanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsignalquelle (7) ausgebildet ist, den Prüfstrom (lac) mit zumindest einer

Einprägefrequenz (f) in das Testobjekt (1) einzuprägen.

Testanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsignalquelle (7) ausgebildet ist, den Prüfstrom (lac) als Frequenzspektrum mit einer Mehrzahl an

Frequenzen in das Testobjekt (1) einzuprägen.

Testanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungseinheit (6) integraler Bestandteil eines Prüfstandes, oder eines Steuergeräts eines Fahrzeugs, oder eines Batteriemanagementsystems einer Batterie,

oder einer Brennstoffzellensteuereinheit ist.

Testanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungseinheit (3) abhängig vom Betriebsmodus des Testobjekts (1) ist, wobei die

Belastungseinheit (3) eine spannungsgesteuerte Stromquelle oder ein Verbraucher ist.

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7. Verfahren zur Überprüfung eines Testobjekts (1) mittels eines Prüfstroms (lac), wobei eine Automatisierungseinheit (6) folgende Schritte ausführt:

- Aufnahme einer Strom-Spannungs-Kennlinie (2) unter Vorgabe eines Gleichstroms (Ipe) einer Belastungseinheit (3) über eine erste Spannungsmesseinheit (5) und einer ersten Strommesseinheit (4);

- Errechnen eines virtuellen Potentials (Vm) auf Basis der aufgenommenen Strom-Spannungs-Kennlinie (2) und eines Arbeitspunkts (WP) und Vorgabe des virtuellen Potentials (Vm) über eine Referenzspannungsquelle (9) an eine Prüfsignalquelle (7);

- Vorgabe des Prüfstroms (lsc) über die Prüfsignalquelle (7), um dem Testobjekt (1) den Prüfstrom (lac) einzuprägen und Messen des Prüfstrom (lıc) und einer sich einstellende Prüfspannung (Uac) über eine zweite Spannungsmesseinheit (10) und eine zweite Strommesseinheit (11);

- Varlieren des Arbeitspunkts (WP) und Anpassen des virtuellen Potentials (Vm) auf Basis des aktuellen Arbeitspunkts (WP) über die Referenzspannungsquelle

(9) an der Prüfsignalquelle (7).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannungsmesseinheit (5) parallel zum Testobjekt (1) in einem Messtromkreis (12) eine Gesamtspannung (Uses), als Summe aus einer Gleichspannung (Upe) und der Prüfspannung (Uac), misst, und die erste Straommesseinheit (4) in Serie zum Messstromkreis (12) einen Gesamtstrom (Ices), als Summe aus dem Gleichstrom (Ipe) und dem Prüfstrom (lac) misst, und die Gesamtspannung (Ueces) und der Gesamtstrom

(Ises) an die Automatisierungseinheit (6) übermittelt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannungsmesseinheit (10) parallel zur Prüfsignalquelle (7) in einem Prüfstromkreis (12.1) die Prüfspannung (Uae) misst, und die zweite Strommesseinheit (11) in Serie zum Prüfstromkreis (12.1) den Prüfstrom (lac) misst, und die Prüfspannung (Use) und der

Prüfstrom (lac) an die Automatisierungseinheit (6) übermittelt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfstrom (lac) mit zumindest einer Einprägefrequenz (f) in das Testobjekt (1) eingeprägt

wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Auswerteeinheit (60) in der Automatisierungseinheit (6) Kennwerte des Testobjekts (1),

vorzugsweise frequenzabhängige Impedanzen, Oberwellen, Klirrfaktoren, ermittelt

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werden.