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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhaltensanalyse von elektrochemischen Zellen, auch Speicherzellen oder einfach nur Batteriezellen genannt, insbesondere von Lithium-Ionen-Batteriezellen, die beispielsweise als Energiespeicher für vollständig oder zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge Verwendung finden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Verhaltensanalyse derartiger Zellen.
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In verschiedenen Technologie-Bereichen kommen in letzter Zeit für die Speicherung von elektrischer Energie vermehrt hochentwickelte wiederaufladbare Batterien oder Batteriepacks, das heißt ein Zusammenschluss mehrerer einzelner elektrochemischer Speicherzellen zu einem Pack oder einer Baugruppe, zum Einsatz, wie zum Beispiel im Kraftfahrzeugbereich zum Antrieb eines Elektromotors in einem reinen Elektrofahrzeug oder eines Elektro-Zusatzmotors, der beispielsweise in einem Hybridfahrzeug oder dergleichen zusätzlich zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor vorgesehen sein kann. Insbesondere werden wegen deren hoher Energiedichte dabei im zunehmenden Umfang Lithium-Ionen-Akkumulatorbaugruppen, sogenannte Lithium-Ionen-Batteriepacks als Energiespeicher verwendet. Die Handhabung und Funktion dieser Zellen erfordert unter anderem aufgrund ihrer hohen Energiedichte eine besondere Sorgfalt hinsichtlich der Sicherheit der Zellen, wobei der Fall eines Missbrauchs, beabsichtigt oder unbeabsichtigt, oder eines Versagens von vorgesehenen Schutzeinrichtungen, wie zum Beispiel von externen Sicherungen oder Überwachungselektronik, besonders zu berücksichtigen ist. Ein besonders kritischer Missbrauchsfall kann dabei der niederohmige Kurzschluss von einer oder mehreren Zellen in dem Lithium-Ionen-Batteriepack sein.
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Typischerweise werden im Kraftfahrzeugbereich Batterien beziehungsweise Batteriepacks eingesetzt, die jeweils aus einer Vielzahl in Serie geschalteter Einzelzellen aufgebaut sind, oder auch Batterien beziehungsweise Batteriepacks, die aus einer Vielzahl von Batterieeinheiten mit jeweils parallel geschalteten Einzelzellen aufgebaut sind, wobei die Batterieeinheiten in Serie geschaltet sind. Um nun einem Kurzschluss von derartigen Batterien während deren Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorzubeugen, sind im Stand der Technik sogenannte On-board-Systeme bekannt, beispielsweise aus der
US 2011/0148426 A1 , bei der die Einzelspannungen und Einzelströme der jeweiligen Batterieeinheiten sowie eine Gesamtspannung und ein Gesamtstrom der Batterie gemessen und erfasst werden, und die erfassten Einzelspannungen und Einzelströme sowie die Gesamtspannung und der Gesamtstrom mit im Vorfeld gespeicherten Referenzwerten verglichen werden. Dadurch kann bereits ein sehr gering ausfallender Kurzschluss in einer der Batteriezellen aufgrund einer festzustellenden wesentlichen Abweichung der verglichenen Werte festgestellt werden. Aufgrund dessen kann die Sicherheit während dem Einsatz derartiger Batterien in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug erhöht werden.
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Es ist jedoch vorzuziehen, Serienschaltungen jeweiliger Batteriezellentypen zum Einsatz in Kraftfahrzeugen bereits vor deren Einsatz untersuchen zu können, insbesondere in Bezug auf deren Kurzschlussverhalten. Um nun das Verhalten einer bestimmten Batteriezelle, die sich in einer Batterie in einer seriellen Verschaltung mit weiteren Zellen befindet, im Kurzschlussfall zu untersuchen, gibt es im Allgemeinen zwei für den Fachmann bereits bekannte Vorgehensweisen: Entweder wird die zu testende Einzelzelle mittels eines mit einer entsprechenden Leistungselektronik versehenen Testgeräts unter Einsatz von hohen Strömen und Abschaltspannungen getestet, oder aber die entsprechende Serienschaltung von Batteriezellen wird direkt getestet. Üblicherweise handelt es sich dabei um einsträngige, gegebenenfalls aber auch um durchgehend mehrsträngige Serienverschaltungen der gleichen Zellen. Ein Vorteil der Verwendung von mit Leistungselektronik ausgerüsteten Testgeräten liegt in der Möglichkeit der gezielten Belastung einer einzelnen Batteriezelle. Ein wesentlicher Nachteil dieser Art der Untersuchung ist in den hohen Kosten zu finden, vor allem wenn es die Simulationen von Serienschaltungen im Spannungsbereich oberhalb 60 Volt betrifft. Ferner ist es nicht einfach, das reale Verhalten von Serienschaltungen von Batteriezellen im Kurzschlussfall durch derartige Simulationen nachzubilden, da verschiedene real auftretende Phänomene, wie zum Beispiel ein plötzlicher Spannungseinbruch oder auch der generelle Temperatureinfluss auf das Verhalten der einzelnen Batteriezellen nur bedingt mit überschaubaren Kosten nachgebildet werden können.
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Demgegenüber ist folglich eine „echte”, das heißt eine nicht simulierte Untersuchung an realen einsträngigen Serierverschaltungen von gleichartigen Lithium-Ionen-Zellen für Verhaltensanalysen von Batterien bezüglich deren Sicherheit im Kurzschlussfall durchaus interessant. Allerdings können derartige Untersuchungen auch überaus aufwendig werden, da hierbei alle Zellen der Serienschaltung hohe Kurzschlussströme erleben und daher unter Umständen alle Zellen des Zellverbandes irreversibel geschädigt werden. Somit wird für Jeden realen Kurzschlusstest von derartigen Batterien eine große Anzahl an „entbehrlichen” Zellen benötigt. Eine dabei auftretende, statistisch vorkommende Streuung bei der Qualität dieser Einzelzellen kann kaum oder zumindest nicht gezielt untersucht werden, wodurch es schwierig bis unmöglich wird, das Verhalten eines bestimmten Einzelzelldesigns im Falle eines Kurzschlusses statistisch abzusichern.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine Untersuchung einer bestimmten Zelle im Kurzschlussfall beziehungsweise im Falle eines sehr hohen Stromdurchflusses im Umfeld einer realen Serienschaltung von elektrochemischen Energiespeicherzellen zu ermöglichen, insbesondere von Lithium-Ionen-Zellen. Dabei sollen speziell Zellen untersucht werden, die in ihrem Design eine sogenannte „Sollbruchstelle” für zu hohe Ströme enthalten, also eine Überstromschutzeinrichtung, wie zum Beispiel eine interne Schmelzsicherung oder dergleichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Um den vorhergehend diskutierten Problemen zu begegnen und die oben genannte Aufgabe zu lösen wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 zur Verhaltensanalyse von elektrochemischen Zellen bereitgestellt, vorzugsweise für eine Lithium-Ionen-Batterie für den Einsatz in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder dergleichen. Des Weiteren wird mit der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt.
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Genauer gesagt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verhaltensanalyse von elektrochemischen Zellen eine einzelne elektrochemische Test-Einzelzelle, zumindest ein Batteriemodul und ein Widerstandselement auf. Zudem können weitere, an dieser Stelle nicht genauer spezifizierte Komponenten in der Vorrichtung vorgesehen sein, wie zum Beispiel eine Gesamtstrommesseinrichtung, eine Spannungsmesseinrichtung oder dergleichen.
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Die Test-Einzelzelle, das zumindest eine Batteriemodul und das Widerstandselement sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Serienschaltung innerhalb der Vorrichtung angeordnet, vorzugsweise in dieser Reihenfolge. Der Begriff „Batteriemodul” bezeichnet dabei einen Teil einer Batterie, der zumindest zwei Batterie-Einzelzellen, üblicherweise in paralleler Anordnung, aufweist. Das zumindest eine Batteriemodul hat demnach wenigstens zwei parallel geschaltete elektrochemische Einzelzellen, alternativ auch eine größere Anzahl an parallel geschalteten elektrochemischen Einzelzellen, beispielweise drei oder mehr parallel geschaltete elektrochemische Einzelzellen. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind mehrere in Serie geschaltete Batteriemodule in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet, wobei jedes Batteriemodul wenigstens zwei parallel geschaltete elektrochemische Einzelzellen hat. Das Widerstandselement dient dabei zum Bereitstellen eines ohmschen Widerstands in der Serienschaltung der Komponenten der Vorrichtung. Die elektrochemische Test-Einzelzelle kann dabei vorzugsweise eine Lithium-Ionen-Batteriezelle sein. Ferner können eine oder auch alle der elektrochemischen Einzelzellen des zumindest einen Batteriemoduls nach Art einer Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann demnach eine Anordnung an Lithium-Ionen-Batteriezellen aufweisen, um ein Verhalten einer Lithium-Ionen-Batteriezelle als Teil einer simulierten Lithium-Ionen-Batteriezelle in einem erfindungsgemäßen Verbund an Vorrichtungskomponenten untersuchen zu können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demnach vorzugsweise im Sinne einer Testvorrichtung zu verstehen, die im Gegensatz zu einem On-Board-Überwachungssystem einer Batterie in einem Kraftfahrzeug unabhängig von jeglicher mit Energie zu versorgender Einrichtung in Betrieb genommen werden kann, beispielsweise in einem Testlabor, innerhalb eines Versuchsaufbaus oder dergleichen.
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Unter dem Begriff „Test-Einzelzelle” ist eine einzelne, also eine beispielsweise nicht in Parallelanordnung mit einer weiteren Zelle angeordnete elektrochemische Energiespeicherzelle zu verstehen, deren Verhalten, insbesondere deren Kurzschlussverhalten, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung analysiert beziehungsweise untersucht oder getestet werden soll. Die zu erprobende Test-Einzelzelle kann dabei durch die Vorrichtung gezielt belastet beziehungsweise überlastet werden, und somit kann gezielt das Verhalten einer bestimmten Einzelzelle unter diesen Bedingungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung untersucht werden. Eine andere Bezeichnung für die Test-Einzelzelle ist beispielsweise OUT („Device Under Test”) oder auch MO („Messobjekt”). Die zu testende Einzelzelle, also der zu testende elektrochemische Energiespeicher wird erfindungsgemäß in einer Serienschaltung von Batteriemodulen angeordnet beziehungsweise in Serie hinter oder vor diesen angeordnet, wobei die weitere Serienschaltung durch Parallelschaltung von Einzelzellen deutlich robuster ausgelegt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Batteriemodule hintereinander in Serie geschaltet angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die Test-Einzelzelle vor oder nach dieser Serienschaltung der Vielzahl an Batteriemodulen ebenfalls in Serie angeordnet, und das Widerstandselement ist ebenfalls vor oder nach dieser Serienschaltung der Vielzahl an Batteriemodulen in Serie angeordnet. Das Widerstandselement kann dabei ein austauschbares Widerstandselement mit einem vorbestimmten ohmschen Widerstandswert sein, also ein Widerstandselement, das aus der Vorrichtung entnommen und durch ein anderes Widerstandselement mit einem anderen Widerstandswert ersetzt werden kann. Der ohmsche Widerstand des Widerstandselements kann dadurch je nach Anforderung festgelegt werden, so dass nur ein bestimmter Strom durch die Test-Einzelzelle fließen kann. Dadurch können bestimmte Missbrauchsfälle beziehungsweise Havariefälle nachgebildet werden, wobei der im Verhältnis zu der bei Applikation der vorliegenden einsträngigen Serienschaltung geringere Innenwiderstand der Gesamtserienschaltung durch die Auswahl des Widerstandes ausgeglichen werden kann. Auch der Einfluss der Außentemperatur auf den Kurzschlussstrom des nachzubildenden Gesamtsystems der Vorrichtung kann durch die Auswahl des Widerstandswertes des Widerstandselements simuliert werden, wobei beispielswiese ein höherer Widerstandswert des Widerstandselements tiefe Temperaturen der Umgebung der Vorrichtung und damit der Test-Einzelzelle simulieren kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Test-Einzelzelle oder das zumindest eine Batteriemodul, oder auch die Test-Einzelzelle sowie das zumindest eine Batteriemodul in einer klimakontrollierten Umgebung angeordnet sein. Demnach lassen sich drei Fälle unterscheiden:
- A) Nur die Test-Einzelzelle befindet sich in einer klimakontrollierten Umgebung und wird auf eine bestimmt Temperatur temperiert, wobei sich der als Stromquelle beziehungsweise Energiespeicher dienende Strang von parallelgeschalteten Einzelzellen, also das zumindest eine Batteriemodul beziehungsweise eine Vielzahl desselben, außerhalb der klimakontrollierten Umgebung befindet, vorzugsweise bei Raumtemperatur;
- B) Sowohl die Test-Einzelzelle als auch der als der als Stromquelle beziehungsweise Energiespeicher dienende Strang von parallelgeschalteten Einzelzellen befinden sich in derselben klimakontrollierten Umgebung und können somit gezielt temperiert werden;
- C) Die Test-Einzelzelle befindet in einer klimakontrollierten Umgebung und der als Stromquelle beziehungsweise Energiespeicher dienende Strang von parallelgeschalteten Einzelzellen befindet sich in einer anderen klimakontrollierten Umgebung.
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Jede der vorhergehend genannten klimakontrollierten Umgebungen wird dabei vorzugsweise durch eine Klimakammer, eine temperierbare Sicherheitskammer oder dergleichen bereitgestellt, in der die jeweilige Komponente oder Kombination an Komponenten angeordnet ist, deren Umgebungsklima kontrolliert beziehungsweise gezielt beeinflusst werden soll.
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Bezüglich der Bauform und des generellen Aufbaus der für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendeten elektrochemischen Energiespeicherzellen ist es vorzuziehen, wenn die Test-Einzelzelle und die Einzelzellen des zumindest einen Batteriemoduls dieselbe Bauform haben, also denselben Aufbau und dieselben funktionalen Eigenschaften. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Zellen des Batteriemoduls der Bauform und dem Design der zu prüfenden Test-Einzelzelle entsprechen. Alternativ dazu können die Test-Einzelzelle und die Einzelzellen des zumindest einen Batteriemoduls unterschiedliche Bauformen aufweisen. Dabei ist es vorzuziehen, dass für die Zellen des Batteriemoduls derartige Zelltypen Verwendung finden, die bereits wegen ihres inneren Aufbaus eine höhere Stromtragfähigkeit als die zu prüfende Test-Einzelzelle haben, also beispielsweise mit einer internen Parallelschaltung von Elektrodenpaaren in jeder der Batteriemodulzellen versehen sind. Dies bedeutet für den Testfall dass die zu erprobende Test-Einzelzelle mit einer Serienschaltung von parallelgeschalteten Batteriemodulzellen gleicher Bauart oder mit einer Serienschaltung leistungsfähigerer Zeilen getestet werden kann. Es kommt daher im Falls eines Kurzschlusses zu einer gezielten Überlastung der zu untersuchenden Test-Einzelzelle.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Test Einzelzelle, das zumindest eine Batteriemodul und das Widerstandselement in dieser Reihenfolge in Serie geschaltet angeordnet. Alternativ dazu kann die Test-Einzelzelle bei einer Vielzahl von Batteriemodulen zwischen diesen in Serie geschaltet angeordnet sein. Die zu testende Test-Einzelzelle kann dabei also zweckmäßigerweise mit dem Ende oder dem Anfang der Serienschaltung verschaltet werden, wobei es prinzipiell auch möglich ist, die Test-Einzelzelle innerhalb der Serienschaltung der parallelgeschalteten Batteriemodulzellen anzuordnen beziehungsweise zu verschalten. Weiter vorzugsweise ist ein Schaltelement im Sinne eines Kontaktierungselements zum Herstellen eines durchgehenden Kontakts zwischen den Komponenten der Vorrichtung angeordnet, vorzugsweise zwischen der Test-Einzelzelle und dem Widerstandselement bei einer Serienschaltung der Test-Einzelzelle, des zumindest einen Batteriemoduls und des Widerstandselements in dieser Reihenfolge, oder aber alternativ dazu an einer anderen geeigneten Stelle zwischen den Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die elektrochemische Test-Einzelzelle oder die elektrochemischen Einzelzellen des zumindest einen Batteriemoduls, oder auch sowohl die elektrochemische Test-Einzelzelle als auch die elektrochemische Einzelzellen des zumindest einen Batteriemoduls können bevorzugt mit einer Überstromschutzeinrichtung versehen sein, beispielsweise mit einer Schmelzsicherung oder dergleichen.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird zudem ein Verfahren zur Verhaltensanalyse von elektrochemischen Zellen bereitgestellt, insbesondere zur Analyse des Kurzschlussverhaltens von elektrochemischen Zellen, mit dem Schritt des Bereitstellens einer wie vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung, dem Schritt des Anordnens einer wie vorhergehend beschriebenen Test-Einzelzelle in der Vorrichtung, deren Kurzschlussverhalten analysiert werden soll, des Anordnens eines wie vorhergehend beschriebenen Widerstandselements mit einem vorbestimmten Widerstand in der Vorrichtung, des Schließens des Kontakts zwischen den Bauteilen in der Vorrichtung, und des Erfassen des Stromtrageverhaltens der Test-Einzelzelle durch eine Leistungselektronik zur Verhaltensanalyse der Test-Einzelzelle, insbesondere bei einer gezielten Überlastung der Test-Einzelzelle. Eine derartige Leistungselektronik kann dabei eine mit der Test-Einzelzelle verbundene elektronische Einrichtung zum Erfassen von Strömen und/oder Spannungen sein, wobei beispielsweise die erfassten Daten mit im Vorfeld gespeicherten Daten verglichen werden können, um ein Kurzschlussverhalten der Test-Einzelzelle zu analysieren. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorzuziehen, mehrere Test-Einzelzellen, auch als Prüflinge bezeichnet, gezielt nacheinander zu untersuchen, so dass statistische Aussagen über das Verhalten der getesteten Zellenart beziehungsweise eines bestimmten Zelldesigns erzielt werden können. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ferner den Schritt des Veränderns eines Umgebungsklimas der Test-Einzelzelle, den Schritt des Veränderns eines Umgebungsklimas der Einzelzellen des Batteriemoduls, oder den Schritt des Veränderns eines Umgebungsklimas sowohl der Test-Einzelzelle als auch der Einzelzellen des Batteriemoduls auf. Bei dem letztgenannten Schritt ist es dabei auch denkbar, das Umgebungsklima der Test-Einzelzelle und das Umgebungsklima der Batteriemodulzellen anstatt in gleichem Umfang unterschiedlich zu verändern. Jede der vorhergehend genannten klimakontrollierten Umgebungen wird dabei vorzugsweise durch eine Klimakammer, eine temperierbare Sicherheitskammer oder dergleichen bereitgestellt, in der die jeweilige Komponente oder Kombination an Komponenten angeordnet ist, deren Umgebungsklima kontrolliert beziehungsweise gezielt beeinflusst werden soll.
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Vorteile der Erfindung
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die zu testende Einzelzelle, also die sogenannte Test-Einzelzelle in einer Serienschaltung von Zellen untersucht wird, wobei die weitere Serienschaltung, also die weiteren mit der Test-Einzelzelle in Serie geschalteten Batteriemodule durch Parallelschaltung von Zellen deutlich robuster ausgelegt werden können. Das bedeutet, dass die Test-Einzelzelle, beispielsweise in Form einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, mit einer Serienschaltung von parallelgeschalteten Lithium-Ionen-Zellen gleicher Bauart oder mit einer Serienschaltung leistungsfähigerer Zellen getestet werden kann. Es kommt daher im Falle eines Kurzschlusses zu einer gezielten Überlastung der Test-Einzelzelle. Ein Vorteil der Erfindung besteht nun darin, dass die Test-Einzelzelle anstatt anhand einer Simulation im Umfeld einer Serienschaltung von realen elektrochemischen Energiespeichern erprobt wird, womit das reale Verhalten einer Hochvoltbatterie, die die zu testende Test-Einzelzelle aufweist, sehr gut nachgestellt werden kann. Es kann demnach mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zu testende Batteriezelle ganz gezielt belastet oder auch überlastet werden, wodurch gezielt das Verhalten einer bestimmten Einzelzelle untersucht werden kann. Die Test-Einzelzelle kann sich dabei in einer vorbestimmten thermischen Umgebung befinden, die außerdem auch bestimmte Ansprüche hinsichtlich der Sicherheit der Testumgebung erfüllen kann, wie zum Beispiel eine temperierbare Sicherheitskammer.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren zahlreiche Prüflinge gezielt nacheinander untersucht werden, so dass statistische Aussagen über das Verhalten der Zellenart oder eines bestimmten Zelldesigns ermöglicht werden. Vor allem bei der Erprobung von Zellen in Serienschaltungen mit hohen Gesamtspannungen und hoher Stromtragfähigkeit sind dadurch starke Kosteneinsparungen möglich. Zudem kann ein weiterer Vorteil darin zu finden sein, dass man die zu untersuchende Zelle gezielt temperieren kann und nicht in jedem Falls die gesamte Serienschaltung an Batteriezellen temperieren muss, wodurch wiederum Kosteneinsparungen erzielt werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist ein Verschaltungsschema einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verhaltensanalyse von elektrochemischen Zellen, die den prinzipiellen Aufbau der Testschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist ein Verschaltungsschema einer Vorrichtung 1 nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 hat demnach eine einzelne Test-Einzelzelle 2, eine Vielzahl von Batteriemodulen 3 sowie ein Widerstandselement 4, wobei die Test-Einzelzelle 2, die Batteriemodule 3 und das Widerstandselement 4 in Reihe geschaltet angeordnet sind. Die Test-Einzelzelle 2 der Vorrichtung 1 ist eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Jedes Batteriemodul 3 der gezeigten Vielzahl an Batteriemodulen 3 weist bei der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform eine erste Einzelzelle 31 und eine dazu parallel geschaltete weitere Einzelzelle 32 auf. Die Einzelzellen 31, 32 sind dabei Lithium-Ionen-Batteriezellen. Durch die Parallelschaltungen von Einzelzellen 31, 32 in jedem der in Reihe geschalteten Batteriemodule 3, auch als Strang an Batteriemodulen 3 bezeichnet, kann eine robuste Auslegung der als Stromquelle beziehungsweise Energiespeicher der Vorrichtung 1 dienenden Batteriemodule 3 erreicht werden.
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Bei der Vorrichtung 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Test-Einzelzelle 2 in einer Klimakammer 5 angeordnet, durch die das Umgebungsklima der Test-Einzelzelle 2 gezielt beeinflusst werden kann. Die Batteriemodule 3 sowie das Widerstandselement 4 liegen außerhalb der Klimakammer 5 und sind beispielsweise der Raumtemperatur ausgesetzt. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist zwar nur die Test-Einzelzelle 2 in der Klimakammer 5 angeordnet, es wäre jedoch alternativ dazu auch denkbar, auch einen Teil der Batteriemodule 3 oder alle Batteriemodule 3 in der Klimakammer 5 anzuordnen. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, einen Teil der Batteriemodule in einer weiteren Klimakammer anzuordnen und den Rest der Batteriemodule 3 an der Raumtemperatur zu belassen beziehungsweise den Rest der Batteriemodule 3 in eine dritte Klimakammer anzuordnen, oder auch alle Batteriemodule 3 in der weiteren Klimakammer anzuordnen. Dadurch könnten die Umgebungen der Batteriemodule 3 sowie die Umgebung der Test-Einzelzelle je nach Anforderung unterschiedlich temperiert werden.
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Die Vorrichtung 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ferner einen Kontaktschalter 5 auf, der in 1 in einem offenen Zustand dargestellt ist, der Stromkreis der Vorrichtung 1 ist demnach unterbrochen. Erst durch Schließen des Kontaktschalters 3 kann der Stromkreis geschlossen und die Test-Einzelzelle 2 belastet oder überlastet und deren Belastungsverhalten beziehungsweise deren Überlastungsverhalten oder Kurzschlussverhalten untersucht werden. Die Test-Einzelzelle 2 der Vorrichtung 1 weist hier eine interne Schmelzsicherung 7 als Überstromschutz auf, wodurch durch die Vorrichtung 1 speziell das Kurzschlussverhalten einer Einzelzelle 2 mit einer derartigen Schmelzsicherung 7 untersucht werden kann. Die Schmelzsicherung 7 kann dabei innerhalb des Zellgehäuses der Test-Einzelzelle 2 oder außerhalb des Zellgehäuses der Test-Einzelzelle 2 angeordnet sein, aber in jedem Fall innerhalb der Klimakammer 5. In einer weiteren Ausführung kann eine weitere Schmelzsicherung (nicht gezeigt) außerhalb der Klimakammer 5 in Reihe mit der Test-Einzelzelle 2 angeordnet sein.
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Die Test-Einzelzelle 2 kann neben ihrem möglichen Einsatz in einer Lithium-Ionen-Batterie für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug auch in anderen technischen Gebieten eingesetzt werden, bei denen Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist demnach auch für andere technische Gebiete von Vorteil, um eine einzelne Test-Einzelzelle ohne übermäßige Kosten untersuchen zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 201110148426 A1 [0003]
