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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen eines Akkumulators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Prüfsystem zum Testen eines Akkumulators, insbesondere unter Verwendung eines solchen Verfahrens entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Akkumulatoren spielen eine immer größere Rolle in vielfältigen Einsatzbereichen. Bekannt und weit verbreitet sind beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien für elektronische Geräte, wie z. B. Mobiltelefone, Laptops, etc. Lithium-Ionen-Batterien, deren Applikation im Automobilbereich liegt, werden in der nahen Zukunft ebenfalls eine große Rolle spielen. Ein Versagen von Akkumulatoren, insbesondere von Lithium-Ionen Batterien, kann zu unerwünschten Ausfällen der versorgten Geräte führen.
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Im Stand der Technik ist es daher bekannt, eine so genannte End-of-Line Prüfung eines Akkumulators durchzuführen. Dabei werden der Gesamt-Ladezustand (SOC), die Innenwiderstände sowie die Einzelzellspannungen gemessen. Diese Prüfung hat jedoch den Nachteil, dass eine zu starke Selbstentladung des Akkumulators nicht erkannt wird, da die Zeit für eine Selbstentladung nicht ausreicht.
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Weiterhin offenbart die
DE 20 2006 002 864 U1 ein Lade- und Prüfgerät für eine elektrische Batterie, das einen Anschluss zum Anschließen des Lade- und Prüfgeräts an eine elektrische Versorgungsquelle, einen Anschluss zum Anschließen der elektrischen Batterie, einen Anschluss zum Anschließen eines elektrischen Ladegeräts zum Aufladen der elektrischen Batterie, Mittel zum gesteuerten bzw. geregelten Laden der über den Anschluss angeschlossenen elektrischen Batterie, Mittel zum gesteuerten bzw. geregelten Entladen der über den Anschluss angeschlossenen elektrischen Batterie über einen im Lade- und Prüfgerät enthaltenden Widerstand, Mittel zum Messen und/oder Protokollieren der beim Laden und/oder Entladen der elektrischen Batterie vorliegenden elektrischen Parameter und Mittel zum Messen und/oder Protokollieren der elektrischen Parameter des über den Anschluss angeschlossenen Ladegeräts aufweist. Auch dieses Gerät ist jedoch nicht in der Lage, eine zu starke Selbstentladung eines Akkumulators zu erkennen.
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Hiervon ausgehend, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, eine zu starke Selbstentladung eines Akkumulators in einem vertretbaren Zeitrahmen zu erkennen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Testen eines Akkumulators gemäß Anspruch 1 sowie ein Prüfsystem zum Testen eines Akkumulators gemäß dem nebengeordneten Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Testen eines Akkumulators zur Verfügung zu stellen, wobei zumindest ein Parameter des Akkumulators zu einem ersten Zeitpunkt gemessen wird, der Akkumulator erwärmt wird, der Parameter des Akkumulators zu einem späteren zweiten Zeitpunkt erneut gemessen wird, die Differenz zwischen dem zum ersten Zeitpunkt und dem zum zweiten Zeitpunkt gemessenen Parameter bestimmt wird und die Differenz mit einem vordefinierbaren Grenzwert verglichen wird. Der Parameter wird bevorzugt durch einen geeigneten Sensor, beispielsweise einen Spannungssensor, gemessen. Weiterhin vorzugsweise werden die Sensorinformationen durch so genanntes Polling (zyklisches Abfragen) erhalten. Gleichwertig ist aber die Verwendung von Interrupt-Requests (Unterbrechungsanforderungen) oder ein rekursiver Aufbau. Die Differenz wird bevorzugt durch Subtraktion des zum zweiten Zeitpunkt gemessenen Wertes von dem zu ersten Zeitpunkt gemessenen Wert bestimmt. Sofern der zum zweiten Zeitpunkt gemessene Wert größer als der zum ersten Zeitpunkt gemessene Wert ist, weist die Differenz ein negatives Vorzeichen auf, welches bei dem Vergleich mit dem vordefinierbaren Grenzwert berücksichtigt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird automatisch darauf erkannt, dass der Akkumulator defekt ist, wenn die Differenz den Grenzwert überschreitet. Bei dem vordefinierbaren Grenzwert handelt es sich insbesondere um einen Wert, bei welchem durch eine Versuchsreihe ermittelt wurde, dass bei einem Überschreiten dieses Wertes von einem defekten Akkumulator ausgegangen werden kann. Insbesondere überschreitet die Differenz den Grenzwert dann nicht, wenn sie ein negatives Vorzeichen aufweist. Bevorzugt ist der Akkumulator als eine Lithium-Ion-Zelle und/oder ein Hochvolt-Batteriepack ausgebildet, wobei das Hochvolt-Batteriepack eine Vielzahl von Lithium-Ion-Zellen aufweist. Vorteilhaft handelt es sich bei der Lithium-Ion-Zelle um einen Akkumulator auf der Basis von Lithium, der die elektromotorische Kraft durch die Verschiebung von Lithium-Ionen erzeugt.
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Vorzugsweise wird als Parameter die Zellenspannung gemessen. Bei einer intakten Lithium-Ion-Zelle sinkt die Zellenspannung während der Entladung kaum ab; erst kurz vor der vollständigen Entladung geht die Zellenspannung stark zurück. Insbesondere wird die Zellenspannung mittels eines Spannungsmessgerätes (Voltmeter) gemessen. Dabei kann es sich vorzugsweise um ein digitales oder analoges Messgerät handeln. Es ist auch denkbar, aus einer Vielzahl von gemessenen Parametern einen Parameter zu berechnen, beispielsweise die Zellspreizung bei einem Hochvolt-Batteriepack.
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Bevorzugt weist der Akkumulator einen Kühlkreislauf auf und zur Erwärmung des Akkumulators wird ein Wärmeträger, insbesondere Silikonöl, durch den Kühlkreislauf geleitet. Der Kühlkreislauf dient insbesondere in Batteriepacks dazu, das sich selbst erhitzende Batteriepack auf ein angemessenes Maß abzukühlen. Hier wird vorzugsweise statt eines Kühlmittels ein Wärmeträger an den einzelnen Zellen entlanggeführt, so dass diese sich erwärmen. Insbesondere handelt es sich bei dem verwendeten Silikonöl um ein synthetisches Polymer, bei dem Siliciumatome über Sauerstoffatome verknüpft sind. Es ist aber auch die Verwendung jedes anderen geeigneten Wärmeträgers, beispielsweise Mineralöl oder biologisches Öl, denkbar. Bevorzugt wird der Akkumulator auf 50–70 Grad Celsius erwärmt. Weiterhin bevorzugt wird der Akkumulator auf 60 Grad Celsius erwärmt. Der wesentliche Gedanke der Erwärmung liegt in der Erkenntnis, dass Lithium-Ionen-Zellen unter dem Einfluss von hohen Temperaturen eine erhöhte Selbstentladungsrate aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Akkumulator zur Erwärmung in einer Klimakammer angeordnet. Bei der Klimakammer handelt es sich vorzugsweise um eine Vorrichtung, die zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines festgelegten Klimas, hier der Temperatur dient. Vorzugsweise ist die Klimakammer so ausgestaltet, dass sie sowohl einzelne Lithium-Ion-Zellen, als auch einen oder mehrere Hochvolt-Batteriepacks aufnehmen und erwärmen kann.
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Vorzugsweise wird weiterhin ein Prüfsystem zum Testen eines Akkumulators, insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, mit einer Messeinheit, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, zumindest einen Parameter des Akkumulators zu einem ersten und zu einem zweiten Zeitpunkt zu messen, einem Heizmittel, das dazu eingerichtet und vorgesehen ist, den Akkumulator zu erwärmen, einer Auswertungseinheit, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Differenz zwischen dem zum ersten Zeitpunkt und dem zum zweiten Zeitpunkt gemessenen Parameter zu bestimmen, wobei insbesondere die Auswertungseinheit dazu eingerichtet und vorgesehen ist, automatisch zu erkennen, dass der Akkumulator defekt ist, sofern die Differenz einen vordefinierbaren Grenzwert überschreitet, zur Verfügung gestellt. Der Parameter wird bevorzugt durch einen geeigneten Sensor, beispielsweise einen Spannungssensor, gemessen. Weiterhin vorzugsweise werden die Sensorinformationen durch so genanntes Pooling (zyklisches Abfragen) erhalten. Gleichwertig ist aber die Verwendung von Interrupt-Requests (Unterbrechungsanforderungen) oder ein rekursiver Aufbau. Bevorzugt handelt es sich bei der Auswertungseinheit um einen Mikroprozessor. Es ist aber auch jede andere Vorrichtung denkbar, die die Parameter verarbeiten und die entsprechende Berechnung durchführen kann.
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Weiterhin vorzugsweise weist die Messvorrichtung zumindest einen Kontakt, insbesondere in Form eines Federkontaktes, auf, welcher zur Herstellung einer elektrischen Verbindung der Messvorrichtung mit dem Akkumulator mit einem Pol des Akkumulators elektrisch leitfähig verbunden wird. Der Federkontakt besteht bevorzugt aus drei Bauteilen: einem Gehäuse, einer Feder und einem Kolben. Die drei Bauteile werden derart miteinander verbaut, dass sie nicht auseinander fallen können, der Kolben aber dennoch in Längsrichtung einen Federweg frei ausführen kann. Die Druckfeder wird vorgespannt, wodurch der Federkontaktstift in seiner Nullstellung schon über eine Vorspannung verfügt. Durch die Verwendung von Federkontakten wird insbesondere das gleichzeitige Messen der Parameter mehrerer Akkumulatoren vereinfacht, da deren Pole ein unterschiedliches Höhenniveau aufweisen können. Weiterhin vorteilhaft umfasst die Messvorrichtung ein Modul der ”RedLab”-Serie sowie Software zum Erfassen, Darstellen und Exportieren von Daten, beispielsweise TracerDAQ.
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Bevorzugt ist das Heizmittel als eine Klimakammer zur Aufnahme des Akkumulators ausgebildet. Bei der Klimakammer handelt es sich vorzugsweise um eine Vorrichtung, die zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines festgelegten Klimas, hier der Temperatur dient. Vorzugsweise ist die Klimakammer so ausgestaltet, dass sie sowohl einzelne Lithium-Ion-Zellen, als auch einen oder mehrere Hochvolt-Batteriepacks aufnehmen und erwärmen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung das Heizmittel als ein Kühlkreislauf des Akkumulators ausgebildet ist, der dazu eingerichtet und vorgesehen ist, den Akkumulator mittels eines Wärmeträgers, insbesondere in Form von Silikonöl, zu erwärmen. Der Kühlkreislauf dient insbesondere in Batteriepacks dazu, das sich selbst erhitzende Batteriepack auf ein angemessenes Maß abzukühlen. Hier wird vorzugsweise statt eines Kühlmittels ein Wärmeträger an den einzelnen Zellen entlanggeführt, so dass diese sich erwärmen. insbesondere handelt es sich bei dem verwendeten Silikonöl um ein synthetisches Polymer, bei dem Siliciumatome über Sauerstoffatome verknüpft sind. Es ist aber auch die Verwendung jedes anderen geeigneten Wärmeträgers, beispielsweise Mineralöl oder biologisches Öl, denkbar. Bevorzugt wird der Akkumulator auf 50–70 Grad Celsius erwärmt. Weiterhin bevorzugt wird der Akkumulator auf 60 Grad Celsius erwärmt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 die schematische Darstellung eines Prüfsystems mit drei Akkumulatoren in einer Klimakammer und
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2 die schematische Darstellung eines Messaufbaus.
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In 1 ist die schematische Darstellung eines Prüfsystems zu erkennen, dessen wesentliche Bestandteile Akkumulatoren 6, eine Messeinheit 2, eine Klimakammer 4, eine Auswertungseinheit 1, Messkabel 3, ein Klimagerät 5 sowie Schläuche für den Wärmeträger 7 sind.
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Die Akkumulatoren 6 sind in der Klimakammer 4 angeordnet. Über die Schläuche 7 wird die Klimakammer 4 mit dem Wärmeträger versorgt und so auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Dadurch werden auch die in der Klimakammer 4 angeordneten Akkumulatoren 6 auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Über die Messkabel 3 sind die an den Akkumulatoren vorhandenen Sensoren mit der Messeinheit 2 verbunden. So kann die Messeinheit 2 die jeweiligen Parameter, beispielsweise die Spannung auslesen und speichern. Die Auswertungseinheit 1 ist über eine Datenleitung ebenfalls mit der Messeinheit 2 verbunden und ist dazu eingerichtet und vorgesehen, die Differenz zwischen dem zum ersten Zeitpunkt und dem zum zweiten Zeitpunkt gemessenen Parameter zu bestimmen und automatisch zu erkennen, dass der Akkumulator 6 defekt ist, sofern die Differenz einen vordefinierbaren Grenzwert überschreitet.
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In 2 ist die schematische Darstellung eines Messaufbaus zu erkennen, dessen wesentliche Bestandteile ein Akkumulator 6, eine Messeinheit 2, eine Auswertungseinheit 1, Federkontakte 21 sowie Pole 22 des Akkumulators 6 sind.
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Der Akkumulator 6 besteht hier aus einer Vielzahl von Lithium-Ion-Zellen. Es handelt sich um ein Hochvolt-Batteriepack. Mit den Polen 22 des Akkumulators sind zur Herstellung einer elektrischen Verbindung der Messvorrichtung 22 Federkontakte 21 elektrisch leitfähig verbunden. Der Federkontakt 21 besteht bevorzugt aus drei Bauteilen: einem Gehäuse, einer Feder und einem Kolben. Die drei Bauteile werden derart miteinander verbaut, dass sie nicht auseinander fallen können, der Kolben aber dennoch in Längsrichtung einen Federweg frei ausführen kann. Die Druckfeder wird vorgespannt, wodurch der Federkontakt in seiner Nullstellung schon über eine Vorspannung verfügt. Die Auswertungseinheit 1 ist über eine Datenleitung 23 mit der Messeinheit 2 verbunden und ist dazu eingerichtet und vorgesehen, die Differenz zwischen dem zum ersten Zeitpunkt und dem zum zweiten Zeitpunkt gemessenen Parameter zu bestimmen und automatisch zu erkennen, dass der Akkumulator 6 defekt ist, sofern die Differenz einen vordefinierbaren Grenzwert überschreitet. Vorteilhaft umfasst die Messvorrichtung 22 ein Modul der ”RedLab”-Serie und die Auswertungseinheit 1 umfasst Software zum Erfassen, Darstellen und Exportieren von Daten, beispielsweise TracerDAQ.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006002864 U1 [0004]
