CN110609240A - 检测设备和用于运行检测设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测能够重复充电的电池(5)的检测设备(10)，其包括至少一个用于存储电能的存储器单元(20)、用于将电能供应至存储器单元(20)的输入单元(30)和用于将电能由存储器单元(20)输出到待检测的电池(5)的输出单元(40)。存储器单元(20)如此地与输入单元(30)互连，使得即使在不存在待检测的电池(5)的情况中电能同样可由输入单元(30)被供应至存储器单元(20)。本发明也涉及一种用于运行根据本发明的检测设备(10)的方法，其中，电能由输入单元(30)被供应至存储器单元(20)；由输入单元(30)所供应的电能被存储在存储器单元(20)中；且被存储在存储器单元(20)中的电能经由输出单元(40)被输出到待检测的电池(5)。

Description

检测设备和用于运行检测设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测能够重复充电的电池的检测设备，其包括至少一个用于存储电能的存储器单元、用于将电能供应至存储器单元的输入单元和用于将电能由存储器单元输出到待检测的电池的输出单元。本发明涉及一种用于运行根据本发明的检测设备的方法。
背景技术
如下显而易见，在未来尤其在电动车中越来越多地使用对其关于可靠性、功率能力、安全性和寿命提出高要求的电池系统。对于这样的应用尤其适用包含锂离子电池单池的电池。此外，这些能够重复充电的电池和电池单池的特征在于高的能量密度、热稳定性和极低的自放电。
电池单池具有与负极端子相连接的阳极和与正极端子相连接的阴极。多个这样的电池单池在电气上尤其彼此串联且被连接成电池模块或电池组。多个这样的电池模块或电池组彼此互连且因此构成电动车的电池。
在批量生产尤其用于在机动车、电动自行车和电动工具中的使用的电池单池和电池的情况下须进行电气检测。该检测尤其用于证明，电池中的各个电池单池和电气连接可以处理在运行中预期的高的充电电流和放电电流。
在这样的检测的情况下例如需要在100A与1000A之间的范围中的电流且按照电池尺寸在大约10秒的时间段内需要更高的电流。为了执行这样的检测已知可提供需要的电流的检测设备。
由文献US 2016/0363634 A1已知一种该类型的用于检测电池的检测设备。借助于该检测设备可产生用于待检测的电池的充电电流和放电电流。此外，该检测设备包括用于存储在检测期间在待检测的电池放电的情况下所吸取的电能的存储器单元。为此，存储器单元包括例如超级电容器。
由文献US 2015/0168259 A1和DE 10 2013 021 004 A1公开了一种用于开发、优化以及测试储能器的系统。该系统包括测试组件和模拟装置，其中，该模拟装置包括混合储能器的仿真器。
发明内容
本发明建议了一种用于检测能够重复充电的电池的检测设备。待检测的电池具有例如多个电气互连的电池单池，其尤其实施成能够重复充电的锂离子电池单池。
该检测设备包括至少一个用于存储电能的存储器单元。该检测设备同样包括用于将电能供应至存储器单元的输入单元。另外，该检测设备包括用于将电能由存储器单元输出到待检测的电池的输出单元。
在检测期间，电能可由外部被供应给检测设备的输入单元。为此，输入单元例如与供电网、储能器或发电机相连接。在将电能由输入单元供应至存储器单元的情况下，存储器单元被充电。待检测的电池在检测期间与输出单元相连接。在将电能由存储器单元输出到待检测的电池的情况下，存储器单元被放电。
根据本发明，存储器单元在此如此地与输入单元互连，使得即使在不存在待检测的电池的情况下电能同样可由输入单元被供应至存储器单元。即使当待检测的电池不与输出单元相连接时，例如在更换待检测的电池的情况下，存储器单元因此同样可经由输入单元来充电。
因此，电能至存储器单元的供应和电能到待检测的电池的输出可在时间上错开地进行。此外，用于将电能供应至存储器单元的第一时间段可尤其大于用于将电能输出到待检测的电池的第二时间段。
为了例如在定义的第二时间段期间产生用于对待检测的电池进行充电的定义的充电电流，定义量的电能须被存储在存储器单元中。上述能量量被预先以如下方式供应给存储器单元，即，存储器单元以存储器电流在第一时间段期间由输入单元来充电。在存储器单元的恒定电压的情况下，充电电流相对存储器电流的比例于是等于第一时间段相对第二时间段的比例。在合适选择这些时间段的情况下，存储器电流于是小于充电电流。因此，对于检测设备的输入单元而言需要的联接功率(Anschlussleistung)同样小于用于对待检测的电池进行充电的输出功率。此外，存储器充电电流的质量是第二位的，从而在此可使用低成本的电源件。
根据本发明的一种优选的设计方案，存储器单元包括至少一个存储器单池，其构造成超级电容器。超级电容器具有相对较高的功率密度。因此，超级电容器优选可被用于功率密集的应用、尤其用于产生高的充电电流。
根据本发明的一种有利的设计方案，输入单元包括电源件和输入接口。在此，电源件和输入接口如此地互连，使得电能可由输入接口被供应给电源件，且电能可由电源件被供应给存储器单元。
电源件包括例如变压器和整流器。输入接口可例如构造用于联接单相交流电系统或三相交流电系统。电源件提供用于给存储器单元充电的带有定义电压的直流电。
根据本发明的一种有利的改进方案，检测设备包括电子负载。该电子负载被如此地互连，使得在将电能由存储器单元输出到待检测的电池的情况下恒定的充电电流穿流经过电子负载。电子负载独立地且恒定地精确调节充电电流。充电电流的大小取决于电子负载的所设定的欧姆电阻。
根据本发明的另一有利的改进方案，检测设备包括用于产生用于从待检测的电池中吸取电能的放电电流的器件。
同样建议了一种用于运行根据本发明的检测设备的方法。在检测待检测的电池期间，电能由输入单元被供应至存储器单元。由输入单元所供应的电能被存储在存储器单元中，且存储器单元在此被充电。紧接着，被存储在存储器单元中的电能经由输出单元被输出到待检测的电池。在此，存储器单元被放电。
根据本发明的一种有利的设计方案，电能至存储器单元的供应和电能到待检测的电池的输出在时间上错开地进行。
用于将电能供应至存储器单元的第一时间段大于用于将电能输出到待检测的电池的第二时间段。
为了例如在定义的第二时间段期间产生用于对待检测的电池进行充电的定义的充电电流，定义量的电能须被存储在存储器单元中。上述能量量预先以如下方式被供应给存储器单元，即，存储器单元以存储器电流在第一时间段期间由输入单元来充电。在存储器单元的恒定电压的情况下，充电电流相对存储器电流的比例于是等于第一时间段相对第二时间段的比例。在合适地选择这些时间段的情况下，于是存储器电流小于充电电流。因此，对于检测设备的输入单元而言需要的联接功率同样小于用于对待检测的电池进行充电的输出功率。
根据本发明的一种有利的改进方案，在将电能由存储器单元输出到待检测的电池的情况下充电电流穿流经过检测设备的电子负载。该电子负载是可调的。充电电流的大小取决于电子负载的配置。
根据本发明的另一有利的改进方案产生用于从待检测的电池中吸取电能的放电电流。
利用根据本发明的检测设备可在批量生产中以相对较高的充电电流实现对于能够重复充电的电池的检测。在此，检测设备低成本地制造和运行。在使用根据本发明的方法的情况下在此可产生大于用于对存储器单元进行充电的存储器电流的充电电流。因此，对于检测设备而言需要的联接功率有利地小于用于对待检测的电池进行充电的输出功率。此外，充电电流不带有干扰性的高频振荡。充电电流仅由提供直流电压的存储器单元获取。用于调节电流的所使用的功率电子器件须被设计用于明显较少的功率，相比这在常规的直接与供电网相连接的、带有相同电流强度的设备的情况下必要的。这是另一明显的成本优势。此外，利用本发明可实现明显更陡的边沿且因此实现低于1ms的非常短的调节时间，其以与供电网相连接的设备仅可成本密集地实现。该边沿陡度和短的调节时间允许对于锂离子电池的内阻的精确测量。同样地，在检测设备中可供使用的能量被存储器单元的容量限制，且经由存储器的充电最终电压此外可定义地调整可供使用的能量。
在待检测的电池处发生故障的情况中仅可获取被存储在存储器单元中的能量，由此限制了热影响。此外防止了在检测设备中非期望的过电压的产生。仅存储器单元被充电到直至所达到的电压可供使用。电压通过电子电路的再调节是不可实现的，这可能导致非期望的过电压。该检测设备同样可被容易地扩展（skalieren）且可被匹配于待检测的电池。如果需要更高的充电电流，则可容易地提高存储器单元的数量和/或容量。同样地，通过并联连接多个根据本发明的检测设备可容易地增加数倍可实现的电流。
附图说明
借助附图和如下说明对本发明的实施方式作进一步说明。其中示出：
图1显示了检测设备的示意性图示。
在本发明的实施形式的如下说明中，相同的或类似的元件以相同的附图标记来表示，其中，在个别情况中取消这些元件的重复说明。这些附图仅示意性地示出了本发明的主题。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了用于检测能够重复充电的电池5的检测设备10。检测设备10具有多个在下面对其作进一步讨论的部件。检测设备10的部件几乎完全布置在开关盒（Schaltschrank）55中。
检测设备10包括用于将电能输出到待检测的电池5的输出单元40。为此，输出单元40具有负联接触头41和正联接触头42。联接触头41、42例如实施成螺纹型端子（Schraubklemme）且布置在开关盒55的外侧处。待检测的电池5与负联接触头41和正联接触头42电气连接。
检测设备10包括多个(在此四个)用于存储电能的存储器单元20。在此，存储器单元20布置在开关盒55内且彼此电气并联连接。
存储器单元20中的每个包括存储器单池21，其在此构造成超级电容器。超级电容器具有两个电极，所述电极相应地包括电流放电器(Stromableiter)且通过分离器彼此分隔。电荷在电极之间且穿过分离器的传输通过电解质或者电解质化合物得到确保。
存储器单元20中的每个同样包括负极端子23和正极端子24。在检测设备10的运行中且在充电的存储器单元20的情况下，在负极端子23与正极端子24之间存在由存储器单池21所提供的单池电压。
此外，存储器单元20中的每个包括单池保险装置22。在此，单池保险装置22和存储器单池21在负极端子23与正极端子24之间串联互连。单池保险装置22在太高电流的情况下触发且由此将存储器单池21与至少一个端子23、24分开。
并联连接的存储器单元20的负极端子23与负汇流排53电气连接。并联连接的存储器单元20的正极端子24与正汇流排54电气连接。负汇流排53和正汇流排54同样布置在开关盒55内。
检测设备10同样包括用于将电能供应至存储器单元20的输入单元30。在此，输入单元30包括电源件35和输入接口38。在此，电源件35和输入接口38如此地电气互连，使得电能可由输入接口38被供应给电源件35，且电能可由电源件35被供应给存储器单元20。
输入接口38在此构造用于联接单相交流电系统且具有第一联接极31和第二联接极32。联接极31、32例如实施成螺纹型端子且布置在开关盒55的外侧处。输入接口38同样可构造用于联接三相交流电系统。
电源件35包括例如变压器和整流器。电源件35提供用于对存储器单元20中的存储器单池21进行充电的、带有定义电压的直流电。电源件35布置在开关盒55内。电源件35包括负联接极33，其与并联连接的存储器单元20的负极端子23电气连接且包括正联接极34，其经由第三开关K3与并联连接的存储器单元20的正极端子24电气连接。
此外，检测设备10包括电子负载45。电子负载45被如此互连，使得在将电能由存储器单元20输出到待检测的电池5的情况下充电电流穿流经过电子负载45。电子负载45布置在开关盒55内。电子负载45包括经由第一开关K1与输出单元40的正联接触头42电气连接的第一负载触头47和经由第一保险装置F1与正汇流排54电气连接的第二负载触头48。
电子负载45的第一负荷触头47经由第二开关K2和第三保险装置F3与负汇流排53电气连接。输出单元40的负联接触头41与负汇流排53电气连接。
检测设备10同样包括放电电阻57，其用于存储器单元20在中断供电电压之后且在断开检测设备10之后的放电，且其在此布置在开关盒55之外。放电电阻57与电源件35的负联接极33电气连接且经由第四开关K4和第二保险装置F2与正汇流排54电气连接。
开关K1、K2、K3、K4在此实施成可电气操控的保护装置或继电器。开关K1、K2、K3、K4同样可实施成电子开关、例如实施成功率晶体管。第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3在此构造成闭合器。第四开关K4在此构造成打开器。
在检测设备10的常规运行中，所有保险装置22、F1、F2、F3被闭合，于是不被触发，而第四开关K4被打开。在电池5的检测开始时，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3被打开。因为第四开关K4被打开，不可经由放电电阻57进行存储器单元20的放电。
为了进行存储器单元20的充电，第三开关K3被闭合。由此，存储器电流由电源件35流动至存储器单元20，该存储器单元紧接着被充电。在第一时间段之后，当存储器单元20被充分充电时，第三开关K3被打开且存储器电流不再流过。在正汇流排54和负汇流排53之间此时施加定义的电压。
此时，第一开关K1被闭合。由此，充电电流由存储器单元20流动至待检测的电池5。在此，充电电流的大小尤其取决于对于电子负载45的相应的设定。在第二时间段之后，第一开关K1被打开且充电电流不再流过。
本发明不被限制于在此所描述的实施例和在其中所强调的方面。而是在通过权利要求所说明的范围内可实现大量处于本领域技术人员的行动范围内的变型方案。

Claims (10)

1.用于检测能够重复充电的电池(5)的检测设备(10)，其包括
至少一个用于存储电能的存储器单元(20)，
用于将电能供应至所述存储器单元(20)的输入单元(30)，和
用于将电能由所述存储器单元(20)输出到待检测的电池(5)的输出单元(40)，
其特征在于，
所述存储器单元(20)如此地与所述输入单元(30)互连，使得即使在不存在待检测的电池(5)的情况下电能同样能够由所述输入单元(30)被供应至所述存储器单元(20)。
2.根据权利要求1所述的检测设备(10)，其特征在于，
所述存储器单元(20)包括至少一个存储器单池(21)，该存储器单池构造成超级电容器。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的检测设备(10)，其特征在于，
所述输入单元(30)包括电源件(35)和输入接口(38)，它们如此地互连，使得电能能够由所述输入接口(38)被供应给所述电源件(35)，且
电能能够由所述电源件(35)被供应给所述存储器单元(20)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的检测设备(10)，其特征在于，
所述检测设备(10)包括电子负载(45)，所述电子负载如此地互连，使得在将电能由所述存储器单元(20)输出到所述待检测的电池(5)的情况下充电电流穿流经过所述电子负载(45)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的检测设备(10)，其特征在于，
所述检测设备(10)包括用于产生用于从所述待检测的电池(5)中吸取电能的放电电流的器件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于运行检测设备(10)的方法，其中，
电能由所述输入单元(30)被供应至所述存储器单元(20)；
由所述输入单元(30)所供应的电能被存储在所述存储器单元(20)中；且
被存储在所述存储器单元(20)中的电能经由所述输出单元(40)被输出到所述待检测的电池(5)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
电能至所述存储器单元(20)的供应和电能到所述待检测的电池(5)的输出在时间上交错地进行。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，
用于将电能供应至所述存储器单元(20)的第一时间段大于用于将电能输出到所述待检测的电池(5)的第二时间段。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，
在将电能由所述存储器单元(20)输出到所述待检测的电池(5)的情况下充电电流穿流经过电子负载(45)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，产生用于从所述待检测的电池(5)中吸取电能的放电电流。
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