DE102014219582A1

DE102014219582A1 - Verfahren zum Vermessen oder Prüfen der Leistungsfähigkeit von Akkumulatoren

Info

Publication number: DE102014219582A1
Application number: DE102014219582.9A
Authority: DE
Inventors: Roman Schneeweiss; Ina Hahndorf
Original assignee: Younicos GmbH
Current assignee: Aggreko Deutschland GmbH
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-03-31
Also published as: US20170199245A1; WO2016046306A3; JP2017532553A; WO2016046306A2; EP3198289A2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Vermessen und Prüfen der Leistungsfähigkeit von Akkumulatoren durch Bestimmung von für Akkumulatoren charakteristischen Kenndaten und/oder Profilen werden in einer ersten Messphase mehrere Akkumulatoren (A1–A8) in Serie geschaltet an eine Stromversorgungseinrichtung (1) und eine Last (2) angeschlossen und mindestens einmal geladen und entladen und erste Messwerte erfasst, aus denen für die in Serie geschalteten Akkumulatoren (A1–A8) charakteristische Kenndaten oder Profile erstellt werden, die Serienschaltung aufgetrennt und nacheinander jeder einzelne Akkumulator (A1–A8) an die Stromversorgungseinrichtung (1) und die Last (2) angeschlossen wird. In einer zweiten Messphase wird jeder Akkumulator (A1–A8) mindestens einmal vollständig geladen und vollständig entladen und es werden vorbestimmte zweite Messwerte erfasst, aus denen für jeden Akkumulator (A1–A8) individuelle charakteristische Kenndaten oder Profile erstellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen oder Prüfen der Leistungsfähigkeit von Akkumulatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 11 bis 26.
Zum Vermessen von Akkumulatoren, Akkumulatorzellen oder Akkupacks, insbesondere zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit beziehungsweise des Energieinhalts oder der Kapazität am Ende eines Ladevorgangs bzw. Entladevorgangs sowie zur Bestimmung der Kapazitätsdegradation, Impedanzzunahme und/oder der Innenwiderstandserhöhung bei einer Zyklisierung, d.h. bei einem kontinuierlichen Laden und Entladen zum Herbeiführen einer beschleunigten Alterung der Akkumulatoren, werden Testverfahren angewandt, bei denen die zu prüfenden Akkumulatoren mit standardisierten Vermessungsparametern beaufschlagt und aus den jeweiligen Messwerten Kenndaten und Profile ermittelt werden, die charakteristisch für die Leistungsfähigkeit der Akkumulatoren sind. Als Vermessungsparameter werden definierte Ströme, Spannungen, Leistungen, Umgebungstemperaturen, Lastprofile, Typisierungsprofile und Temperaturprofile eingesetzt und mit Hilfe von Steuer- und Messsoftware, Mess- und Lastprofile, Alterungsprofile und Degradationsprofile programmgesteuert durchgeführt. Aus den Messwerten, insbesondere aus dem Lade- und Entladestrom, der Lade- und Entladespannung sowie der Temperatur werden die Kapazität oder der Energieinhalt der Akkumulatoren sowie aufgrund von Zyklisierungsmessungen zum Herbeiführen einer beschleunigten Alterung die Kapazitätsdegradation, Impedanzzunahme und Innenwiderstandserhöhung der Akkumulatoren bestimmt.
Nachteilig bei den bekannten Testverfahren ist die erhebliche Zeitdauer zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit einzelner Akkumulatoren. Dies ist bei der Anwendung der bekannten Testverfahren für eine Auswahl von Akkumulatoren für bestimmte Einsatzgebiete störend, bei deren Anwendung zur Überprüfung zahlreicher in einem Großspeicher wie einem Batteriekraftwerk eingesetzter Akkumulatoren im Betrieb des Großspeichers wegen der erforderlichen Isolierung der zu prüfenden Akkumulatoren aber nicht akzeptabel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vermessen oder Prüfen der Leistungsfähigkeit von Akkumulatoren durch die Bestimmung von für Akkumulatoren charakteristischen Kenndaten und/oder Profilen anzugeben, das die Prüfung einer Vielzahl von Akkumulatoren mit minimalem Zeit- und Messaufwand sowie ein Vermessen der Akkumulatoren im Betrieb eines Batteriespeichers bzw. Batteriekraftwerks ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung,

– in einer ersten Messphase N Akkumulatoren in Serie geschaltet an eine Stromversorgungseinrichtung anzuschließen und unter Vorgabe vorbestimmter erster Vermessungsparameter gemeinsam zu laden bis ein die geringste Kapazität der N Akkumulatoren aufweisender Akkumulator vollständig geladen ist, ein der Kapazität dieses Akkumulators entsprechender Messwert gespeichert und dieser Akkumulator von der Serienschaltung abgetrennt wird,
– in einer zweiten Messphase die verbleibenden N – 1 Akkumulatoren bis zu ihrer Vollladung nachzuladen und einen der Kapazität jedes der N – 1 Akkumulatoren entsprechenden Messwert zu speichern,
– in einer dritten Messphase die N Akkumulatoren erneut in Serie geschaltet an eine Last anzuschließen und unter Vorgabe vorbestimmter zweiter Vermessungsparameter zu entladen bis der die geringste Kapazität der Akkumulatoren aufweisende Akkumulator vollständig entladen ist und von der Serienschaltung abgetrennt wird,
– und in einer vierten Messphase die noch nicht vollständig entladenen N – 1 Akkumulatoren an die Last anzuschließen und vollständig zu entladen,

Da jedoch der Akkumulator mit der geringsten Kapazität sowohl die Dauer der Aufladung als auch die Dauer der Entladung der in Serie geschalteten Akkumulatoren bestimmt, sind die verbleibenden der in Serie geschalteten Akkumulatoren am Ende der ersten Messphase noch nicht vollständig aufgeladen bzw. am Ende der dritten Messphase noch nicht vollständig entladen. Dementsprechend werden in der zweiten Messphase die verbleibenden N – 1 Akkumulatoren bis zu ihrer Vollladung nachgeladen und ein der Kapazität jedes der N – 1 Akkumulatoren entsprechender Messwert gespeichert. In der an die dritte Messphase anschließenden vierten Messphase werden die noch nicht vollständig entladenen N – 1 Akkumulatoren jeweils an die Last angeschlossen und ebenfalls vollständig entladen.
Das vollständige Laden und Entladen der verbleibenden N – 1 Akkumulatoren in der zweiten und vierten Messphase lässt zwei alternative Ausführungsformen zu.
In einer ersten Variante werden mit oder ohne der Auftrennung der Serienschaltung der N – 1 Akkumulatoren die noch nicht vollständig geladenen Akkumulatoren einzeln an die Stromversorgungseinrichtung angeschlossen, bis zu ihrer jeweiligen Vollladung nachgeladen und es wird ein der Kapazität jedes der N – 1 Akkumulatoren entsprechender Messwert zur weiteren Ermittlung der individuellen Zyklenfestigkeit der Akkumulatoren gespeichert.
In der vierten Messphase werden mit oder ohne dem Auftrennen der Serienschaltung der Akkumulatoren die noch nicht vollständig entladenen N – 1 Akkumulatoren ebenfalls einzeln an die Last angeschlossen und vollständig entladen.
Bei der zweiten Variante werden in der zweiten Messphase die verbleibenden N – 1 Akkumulatoren in Serienschaltung bis zu ihrer jeweiligen Kapazitätsgrenze nachgeladen und ein der Kapazität desjenigen Akkumulators, der seine Kapazitätsgrenze erreicht hat, entsprechender Messwert gespeichert und dieser Akkumulator von der Serienschaltung der N – X Akkumulatoren abgetrennt, wobei N und X ganze Zahlen, N > 1 und 2 < X < N sind.
Analog werden in der vierten Messphase die noch nicht vollständig entladenen N – 1 Akkumulatoren in Serienschaltung an die Last angeschlossen, vollständig entladen und jeweils derjenige Akkumulator von der Serienschaltung der N – X Akkumulatoren abgetrennt, der vollständig entladen ist.
Diese zweite Variante ermöglicht eine weitere Zeitersparnis, da nach der Vollladung des Akkumulators der in Serie geschalteten Akkumulatoren mit der geringsten Kapazität in der zweiten Messphase nicht jeder der verbleibenden Akkumulatoren individuell bis zum Erreichen seiner Kapazitätsgrenze nachgeladen wird, sondern die verbleibenden Akkumulatoren gemeinsam nachgeladen werden bis der nächste Akkumulator seine Kapazitätsgrenze erreicht, der betreffende Kapazitätswert gespeichert wird und die danach verbleibenden Akkumulatoren bis zum Erreichen ihrer jeweiligen Kapazitätsgrenze nachgeladen und die betreffenden Kapazitätswerte den einzelnen Akkumulatoren zugeordnet gespeichert werden.
In gleicher Weise werden in der vierten Messphase die Akkumulatoren zunächst in Serie geschaltet gemeinsam über die Last entladen bis der Akkumulator mit der geringsten Kapazität vollständig entladen ist. Dieser wird aus der Serienschaltung herausgenommen bzw. schaltungstechnisch isoliert und die verbleibenden Akkumulatoren werden weiter entladen bis der nächste Akkumulator vollständig entladen ist usw.
Aus der Anwendung beider Messverfahren ergibt sich ein Maß für die Zyklenfestigkeit der einzelnen Akkumulatoren bereits aus einer einmaligen vollständigen Aufladung und Entladung der Akkumulatoren in Verbindung mit entsprechenden Erfahrungswerten bzw. Vergleichsmessungen. Durch wiederholtes Aufladen und Entladen der Akkumulatoren kann die Genauigkeit der Messungen gesteigert werden, Alterungs- und Degradationskurven der einzelnen Akkumulatoren ermittelt werden, wobei sich die Zeitverkürzung in Folge der Serienschaltung der Akkumulatoren bei mehreren Auf- bzw. Entladevorgängen entsprechend potenziert.
Als Kriterium für das Erreichen der Kapazitätsgrenze wird das Erreichen der Ladeschlussspannung und als Kriterium der vollständigen Entladung der Akkumulatoren die Entladeschlussspannung angewandt, wobei als erste oder zweite Vermessungsparameter der Ladestrom, die Ladespannung, die Ladezeit[IH1], die Ladeleistung, die Ladeenergie und die Temperatur der in Serie geschalteten Akkumulatoren beziehungsweise jedes einzelnen Akkumulators sowie gegebenenfalls zusätzlich die Umgebungstemperatur vorgesehen sind, wobei die Ladezeit für die Ermittlung der Ladung bzw. Kapazität in Amperestunden (Ah) und der Energie in Wattstunden (Wh) erforderlich ist.
In einer fünften Messphase kann jeder der N Akkumulatoren einzeln an die Stromversorgungseinrichtung und Last angeschlossen und zur Bestimmung seiner spezifischen Eigenschaften wie Kapazität, Impedanz oder Innenwiderstand sowie zur Aufnahme von Mess-, Last-, Temperatur-, Alterungs- und/oder Degradationskurven mindestens einmal geladen und entladen werden.
Aus den ersten oder zweiten Messwerten wird die Kapazität und der Energieinhalt jedes einzelnen Akkumulators bestimmt, während aus den zweiten Messwerten für jeden einzelnen Akkumulator individuelle Mess-, Last-, Alterungs- und/oder Degradationsprofile programmgesteuert mittels einer Steuer- und Messsoftware erstellt werden.
Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, in der ersten oder zweiten Messphase ein vorzugsweise programmiertes, vorbestimmtes Zyklisierungs- und/oder Lastprofil zur beschleunigten Alterung, Kapazitätsdegradation, Impedanzzunahme und Innenwiderstandserhöhung der in Serie geschalteten Akkumulatoren beziehungsweise jedes einzelnen Akkumulators durchzuführen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch eine Halterung zur Aufnahme von Akkumulatoren mit unterschiedlichen Abmessungen und eine Schalteinrichtung mit steuerbaren Schaltern zur Serienschaltung der Akkumulatoren und Anschluss der in Serie geschalteten Akkumulatoren an eine Stromversorgungseinrichtung, eine Last und eine Messvorrichtung, zum Auftrennen der Serienschaltung und individuellen Anschließen jedes einzelnen Akkumulators an die Stromversorgungseinrichtung, die Last und die Messvorrichtung gekennzeichnet, wobei die Schalteinrichtung mindestens eine der Anzahl zu vermessender Akkumulatoren entsprechende Anzahl steuerbarer Schaltkontakte enthält, mit denen in der ersten und dritten Messphase die Akkumulatoren in Serie an die Stromversorgungseinrichtung, an die Last und an die Messvorrichtung anschließbar sind und mit denen nach der ersten Messphase die Serienschaltung auftrennbar und in der zweiten und vierten Messphase jeder einzelne Akkumulator an die Stromversorgungseinrichtung, an die Last und die Messvorrichtung anschließbar ist.
Als Last wird vorzugsweise eine elektronische Last eingesetzt, bei der es sich um eine Stromsenke handelt, bei der im Unterschied zur Belastung mit einem Festwiderstand, mit dem nur ein bestimmter Laststrom bei einem bestimmten Widerstandswert eingestellt werden kann, ein Laststrom in einem definierten Bereich elektronisch geregelt einstellbar ist.
Zur Nullpunktabsenkung beim Laden und Entladen der Akkumulatoren wird der Minuspol der elektronischen Last mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden, deren Pluspol über eine Z-Diode an den Minuspol der Stromversorgungseinrichtung angeschlossen ist.
Um die Akkumulatoren mit geringem Geräteaufwand und Raumbedarf an nur eine Stromversorgungseinrichtung, eine (elektronische) Last und eine Messvorrichtung anschließen zu können, bestehen die Schaltkontakte aus einer Relaisschaltung mit einer Anzahl von Relaiskontakten, die der doppelten Anzahl der in Serie schaltbaren Akkumulatoren entspricht, wobei ein erster Messfühler zur Erfassung der ersten und zweiten Messwerte an einen elektrischen Kontakt eines ersten Akkumulators und weitere Messfühler an die Verbindungen der elektrischen Kontakte der in Serie geschalteten Akkumulatoren angeschlossen ist bzw. sind.
Zur Minimierung des Zeitaufwands beim Anschließen der Akkumulatoren an die Messvorrichtung bestehen die Lade- und Messkontakte der Messfühler aus Druckstiftkontakten, so dass die Kontaktierung der Akkumulatoren ohne Schrauben, Klemmen oder Lötverbindungen erfolgen kann.
Die Druckstiftkontakte enthalten eine Kontaktfläche, die eine nach Art eines Waffeleisens ausgebildete Oberflächenstruktur aufweist, so dass ein sehr guter Kontakt zur Übertragung auch hoher Ströme bei einfacher Handhabung zur Kontaktierung gewährleistet ist. Dabei stellt die waffeleisenförmige Oberflächenstruktur sicher, dass auch Oxidschichten oder Schmutzablagerungen zur einwandfreien Kontaktierung durchdrungen werden.
Zur Minimierung des Messgeräteaufwandes weist die Halterung stufenlos verstellbare Aufnahmen für Akkumulatoren eines bestimmten Akkumulatortyps mit unterschiedlichen Außenabmessungen und/oder Abständen der elektrischen Kontakte der Akkumulatoren auf, wodurch der Herstellungsaufwand für Messvorrichtungen minimiert wird und eine einfache Handhabung und korrekte Ausrichtung der zu vermessenden bzw. zu prüfenden Akkumulatoren in der Messvorrichtung gewährleitstet ist.
Aufgrund der unterschiedlichen Geometrie der wichtigsten Akkumulatortypen sind Halterungen für sogenannte „Pouchzellen“ und für prismatische Akkumulatoren beziehungsweise Akkumulatorzellen vorgesehen.
Eine erste Halterung für als Pouchzellen ausgebildete Akkumulatoren besteht aus einem kastenförmigen Gestell mit einer Bodenplatte, einer Deckplatte und mindestens einer Führungsplatte zwischen der Deckplatte und der Bodenplatte, wobei die Deckplatte und die mindestens eine Führungsplatte Führungsschlitze zur Aufnahme der Pouchzellen aufweisen, wobei die Länge der Führungsschlitze der maximalen Breite von Pouchzellen entspricht.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Führungsplatte in der Ebene um 180° drehbar in den zwischen der Deckplatte und der Bodenplatte gebildeten Raum derart einsetzbar, dass in der einen Ausrichtung der Führungsplatte zur Aufnahme von langen Pouchzellen die in der Führungsplatte angeordneten Führungsschlitze mit den in der Deckplatte angeordneten Führungsschlitzen fluchten und in der anderen Ausrichtung der Führungsplatte zur Aufnahme von kurzen Pouchzellen die in der Führungsplatte angeordneten Führungsschlitze versetzt zu den in der Deckplatte angeordneten Führungsschlitzen angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Halterung ermöglicht eine stufenlos variable Einstellung zur Aufnahme von Pouchzellen verschiedener Außenabmessungen, wobei sich die Einstellbarkeit über die Führungsschlitze ergibt, deren Länge der maximalen Breite handelsüblicher Pouchzellen entspricht. Um kurze und lange Pouchzellen halten zu können, ist eine variabel einsetzbare und höhenverstellbare Führungsplatte vorgesehen, auf der kurze Pouchzellen aufgrund des Versatzes der Führungsschlitze der Führungsplatte gegenüber den Führungsschlitzen der Deckplatte aufliegen, während bei fluchtender Ausrichtung der Führungsschlitze der Deckplatte und Führungsplatte lange Pouchzellen auf der Bodenplatte zur Auflage kommen.
Die elektrische Kontaktierung zum Laden und Entladen der Pouchzellen sowie die Kontaktierung der Messfühler erfolgt über Druckstiftkontakte unabhängig von der jeweiligen Größe der Pouchzellen, da die Kontaktfahnen der Pouchzellen jeweils gleich groß ausgebildet sind.
Für prismatische Akkumulatoren besteht eine zweite Halterung aus einer Trägerplatte mit Aufnahmen für die prismatischen Akkumulatoren und stufenlos verstellbaren Führungsschienen zur Führung von Mess- und Ladekontaktträgern, die parallel zur Ebene der elektrischen Kontakte der Akkumulatoren verstellbar sind, wobei die Aufnahmen für die prismatischen Akkumulatoren aus Führungsbolzen und Anschlägen bestehen, deren Position auf der Trägerplatte an die Außenabmessungen der prismatischen Akkumulatoren anpassbar ist.
Um ein Vermessen von Akkumulatoren bei definierten Umgebungstemperaturen zu ermöglichen, sind die Halterungen so dimensioniert, dass sie in einen Wärmeschrank einsetzbar sind, mit dem die entsprechenden Umgebungsbedingungen herstellbar sind.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke und daraus ableitbare Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Durchführung des Erfinders zu diesem Verfahren näher erläutert werden. Es zeigen:
1 ein Schaltbild einer Messvorrichtung zum Vermessen von Akkumulatoren bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 einen Ausschnitt aus dem Schaltbild der Messvorrichtung gemäß 1 zum Vermessen von Akkumulatoren bei Anwendung der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 eine schematische Darstellung des Ladevorgangs bei in Serie geschalteten Akkumulatoren nach Vollladung des Akkumulators mit geringster Kapazität;
4 eine perspektivische Darstellung einer Messvorrichtung mit einer zum Vermessen langer Pouchzellen eingestellten Halterung;
5 und 6 eine Draufsicht und Seitenansicht der Messvorrichtung zum Vermessen langer Pouchzellen gemäß 4;
7 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts V gemäß 6;
8 eine perspektivische Darstellung der Messvorrichtung gemäß den 4 bis 5 mit einer Einstellung der Halterung zum Vermessen kurzer Pouchzellen;
9 eine perspektivische Darstellung einer Messvorrichtung zum Vermessen prismatischer Akkumulatoren;
10 bis 12 verschiedene Ansichten der Messvorrichtung gemäß 9 zum Vermessen prismatischer Akkumulatoren und
13 bis 16 verschiedene mit Messvorrichtungen gemäß den 4 bis 12 aufgenommene Messkurven.
1 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Vermessen von Akkumulatoren oder Akkumulatorzellen mit einer Stromversorgungseinrichtung 1, einer elektronischen Last 2, einer Steuereinrichtung 3 zum Ansteuern eines Interfaces 4, das sowohl mit einer Schalteinrichtung 5 als auch mit einer Messeinrichtung zur Ansteuerung von Messpunkten MP 1 bis MP 8 verbunden ist. Eine Halterung 6 dient der Aufnahme mehrerer Akkumulatoren A1 bis A8 und der Messpunkte MP 1 bis MP 8, wobei die Kontakte der Akkumulatoren A1 bis A8 mit einzelnen Schaltkontakten k1 bis k16 der Schaltereinrichtung 5 und mit den Messpunkten MP 1 bis MP 8 verbunden sind.
Die Stromversorgungseinrichtung 1 besteht aus vier ausgangsseitig parallelgeschalteten Gleichrichtern zur Abgabe einer Gleichspannung an die Schalteinrichtung 5 mit Lade- und Entladeleistungen im Bereich von beispielsweise 0 bis 15 kW, einem Ladestrom im Bereich von 0 bis 200 A sowie Ladespannungen im Bereich von 0 bis 600 V. Um die geforderten Ladeströme und Ladespannungen aufzubringen, kann die Stromversorgungseinrichtung 1 aus einer größeren Anzahl parallel geschalteter Gleichrichter bestehen, die die maximale Ladespannung von 600 V und den maximal Ladestrom von 200 A abgeben.
Die als veränderbarer Widerstand gekennzeichnete elektronische Last 2 nimmt einen in einem definierten Bereich elektronisch geregelt einstellbaren Laststrom auf und ist derart dimensioniert, dass sie Entladeleistungen im Bereich von 0 bis 15 kW, Entladeströme im Bereich von 0 bis 200 A und Entladespannungen im Bereich von 0 bis 600 V aufnehmen kann. Die elektronische Last 2 ist sehr schnell regelbar und kann auch bei sei hohen Strömen und kleinen Spannungen exakte und definierte Lade- und Entladevorgänge durchführen.
Die Stromversorgungseinrichtung 1 und die elektronische Last 2 sind über einen Vorwiderstand R1 mit der Schalteinrichtung 5 verbunden.
Zur Nullpunktabsenkung beim Laden und Entladen der Akkumulatoren A1–A8 ist die elektronische Last 2 mit einer Spannungsquelle 15 verbunden, deren Pluspol über eine Z-Diode D1 mit dem Minuspol der Stromversorgungseinrichtung 1 bzw. den negativen Anschlussklemmen der Akkumulatoren A1 bis A8 und deren Minuspol mit dem Minuspol der elektronischen Last 2 verbunden ist.
Die Halterung 6 nimmt in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel acht in Serie geschaltete Akkumulatoren A1 bis A8 auf, die über die als Relaiskontakte ausgebildeten Schaltkontakte k1 bis k16 der Schalteinrichtung 5 mit der Stromversorgungseinrichtung 1 und der elektronischen Last 2 zum Laden und Entladen der Akkumulatoren A1 bis A8 verbunden sind. Die ungeraden Relaiskontakte k1 bis k15 sind mit den positiven Anschlussklemmen der Akkumulatoren A1 bis A8 und die geraden Relaiskontakte k2 bis k16 mit den negativen Anschlussklemmen der Akkumulatoren A1 bis A8 verbunden.
Zum Vermessen oder Prüfen der Leistungsfähigkeit der Akkumulatoren A1 bis A8 werden in einer ersten Messphase die Akkumulatoren A1 bis A8 durch Schließen der Relaiskontakte k1 und k16 bei offenen Relaiskontakten k2 bis k15 in Serie geschaltet an die Stromversorgungseinrichtung 1 und die elektronische Last 2 angeschlossen.
Beide Messphasen werden mit einer Vorrichtung entsprechend dem in 1 dargestellten Schaltplan durchgeführt, nämlich in der ersten Messphase bei geschlossenen Relaiskontakten k1 und k16 mit einer Serienschaltung der Akkumulatoren A1 bis A8 und nach Beendigung der ersten Messphase mit einer Trennung der Serienschaltung mittels der vorzugsweise als Hochspannungs- und Hochstrom-Relais ausgebildeten Relaiskontakte k1 bis k16 zur Durchführung der zweiten Messphase, bei der jeweils die Kontakte k1 und k2 bis k15 und k16 geschlossen werden. Um eine Gleichbehandlung der Akkumulatoren A1 bis A8 sicherzustellen, erfolgt das Vermessen der einzelnen Akkumulatoren A1 bis A8 bei der individuellen Messung mittels eines zufallsabhängigen (Random) Schließens der Relaiskontakte k1 bis k16, um vom Lade- und Entladezustand der einzelnen Akkumulatoren A1 bis A8 unabhängige individuelle Kapazitätsmessungen durchzuführen.
Die Ansteuerung der Relaiskontakte k1 bis k16 sowie die Aufzeichnung der an den Messpunkten MP1 bis MP8 erfassten Messwerte erfolgt über das Interface 4 zu einer individuell programmierten Steuerung und Messsoftware der Computersteuerung 3. Dabei steuert das Interface 4 sowohl die die Relaiskontakte der Schalteinrichtung 5 als auch die Verbindung der Messpunkte MP1 bis MP8 mit der Messeinrichtung 16 an.
Neben einem Vermessen von Akkumulatoren zur Bestimmung von für Akkumulatoren charakteristischen Kenndaten und/oder Profilen für die Auswahl geeigneter Akkumulatoren für Großspeicher beziehungsweise Batteriekraftwerke ist das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Bestimmung des Degradationszustands von Batterie- oder Akkumulatorsystemen einsetzbar, wobei davon ausgegangen wird, dass die Degradationsmessungen von Akkumulatorsystemen in der Regel auf der Bildung einer Energiebilanz unter Berücksichtigung von Modellen für das aktuelle Zellenverhalten basieren. Alle Modelle gehen davon aus, dass die Ladezustandsmessung mit zunehmender Betriebsdauer einer mehr oder weniger stark ausgeprägten Drift unterliegt, so dass die Kapazitätsmessung eines Akkumulatorsystems mit einer Unbestimmtheit belegt ist, die mit der Zeit stark zunimmt. Daher müssen alle Akkumulatorsysteme regelmäßig definierte Ladezustände anfahren, beispielsweise eine Vollladung, um die Bestimmung des Ladezustands zu kalibrieren, wobei für die Durchführung der Kalibrierung das Akkumulatorsystem ein festgelegtes Betriebsregime fährt.
Zur Anwendung des zweiten Messverfahrens, bei dem die verbleibenden N – 1 Akkumulatoren in Serienschaltung bis zu ihrer jeweiligen Kapazitätsgrenze nachgeladen und derjenige Akkumulator, der seine Kapazitätsgrenze erreicht hat, von der Serienschaltung der N – X Akkumulatoren abgetrennt wird bzw. bei dem die noch nicht vollständig entladenen N – 1 Akkumulatoren in Serienschaltung an die Last angeschlossen vollständig entladen und jeweils derjenige Akkumulator von der Serienschaltung der N – X Akkumulatoren abgetrennt wird, der vollständig entladen ist, werden in die Verbindungen der in Serie geschalteten Akkumulatoren A1 bis A8 zusätzliche Relaiskontakte angeordnet, von denen in dem in 2 dargestellten Ausschnitt aus der Messvorrichtung gemäß 1 die zusätzlichen Relaiskontakte k17 bis k23 in Verbindung mit den Akkumulatoren A1–A5 dargestellt sind.
Handelt es sich beispielsweise bei dem Akkumulator A3 um den Akkumulator der in Serie geschalteten Akkumulatoren A1 bis A8, der die geringste Kapazität besitzt, so werden nach der Vollladung des Akkumulators A3 die zuvor zur Serienschaltung der Akkumulatoren A1 bis A8 geschlossenen Relaiskontakte k19 und k20 geöffnet und die Relaiskontakte k4 und k5 geschlossen. Handelt es sich bei dem Akkumulator mit der geringsten Kapazität um den Akkumulator A1 in der Messvorrichtung gemäß 1, so wird nach der Vollladung des Akkumulators A1 der Relaiskontakt k1 geöffnet, der Relaiskontakt k3 geschlossen und der Relaiskontakt k17 in geöffnet.
Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Zyklenfestigkeit der Akkumulatoren A1–A8 ist in 3 der Ladezustand von fünf Akkumulatoren A1 bis A5 gekreuzt schraffiert dargestellt, wobei angenommen wird, dass der Akkumulator A4 die geringste Kapazität der Akkumulatoren A1 bis A5 aufweist. Bei Vollladung des Akkumulators A4 weisen die Akkumulatoren A1, A2, A3 und A5 noch Restkapazitäten auf, die bei Anwendung der ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Auftrennen der Serienschaltung in der zweiten Messphase einzeln an die Stromversorgungseinrichtung 1 angeschlossen und bis zum Erreichen ihrer Kapazitätsgrenze nachgeladen werden. Die der jeweiligen Kapazität der Akkumulatoren A1 bis A5 entsprechenden Messwerte bei Vollladung, üblicherweise die entsprechenden Ladeströme, Ladespannungsverläufe und Ladezeiten, werden gespeichert und beispielsweise als Messwerte in eine Darstellung der Kapazität des jeweiligen Akkumulators über der Anzahl von Aufladungen und Entladungen eingetragen.
In gleicher Weise würde in der dritten Messphase der Akkumulator A4 als erster der in Serie geschalteten Akkumulatoren A1 bis A5 vollständig entladen sein, während die Akkumulatoren A1, A2, A3 und A5 noch Restladungen enthalten, die in der vierten Messphase durch einzelnes Entladen der Akkumulatoren A1, A2, A3 und A5 über die Last bis zu deren vollständigem Erreichen des Entladezustands entladen würden.
Bei Anwendung der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Lösung würde nach dem Erreichen der Vollladung des Akkumulators A4 mit der geringsten Kapazität und Speicherung des entsprechenden Kapazitätswertes der Akkumulator A4 von der Serienschaltung der Akkumulatoren A1 bis A5 abgetrennt, und die verbleibenden Akkumulatoren A1, A2, A3 und A5 würden in der zweiten Messphase weiterhin in Serie geschaltet nachgeladen werden bis gemäß dem Schaubild der 3 der Akkumulator A1 seine Kapazitätsgrenze erreicht hat, der entsprechende Messwert gespeichert und der Akkumulator A1 von der Serienschaltung der verbleibenden Akkumulatoren A1, A2, A3 und A5 abgetrennt wird, so dass die verbleibenden Akkumulatoren A2, A3 und A5 weiter in Serie geschaltet bis zum Erreichen Ihrer jeweiligen Kapazitätsgrenze nachgeladen werden.
In gleicher Weise würde beim Entladen der in Serie geschalteten Akkumulatoren A1 bis A5 der Akkumulator A4 als erster entladen sein, während die Akkumulatoren A1, A2, A3 und A5 noch Restladungen besitzen, die in der vierten Messphase durch sukzessives Abtrennen des Akkumulators, der jeweils vollständig entladen ist, weiter entladen werden.
Vorrichtungen zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Vermessen oder Prüfen von Akkumulatoren sollen nachfolgend anhand der 4 bis 16 näher erläutert werden.
Aufgrund der unterschiedlichen geometrischen Strukturen von Akkumulatoren beziehungsweise Akkumulatorzellen sind für unterschiedliche Akkumulatortypen angepasste Aufnahmen beziehungsweise Halterungen vorgesehen, die das gleichzeitige Vermessen von mehreren Akkumulatoren beziehungsweise Akkumulatorzellen ermöglichen. In den nachfolgenden Figuren wird auf zwei unterschiedliche Akkumulatortypen Bezug genommen, ohne dass die Erfindung auf diese Aufnahmen beziehungsweise Halterungen beschränkt ist.
In den 4 bis 8 ist einer Halterung für Akkumulatoren vom „Pouchzellen-Typ“ dargestellt, die aus einer Halterung 7 mit einem quaderförmigen Gestell besteht, das eine Bodenplatte 71, eine Deckplatte 74 und Seitenwände 76, 77 aufweist, zwischen denen mindestens eine, in diesem Ausführungsbeispiel aber zwei Führungsplatten 72, 73 angeordnet sind. Die Führungsplatten 72, 73 und die Deckplatte 74 weisen zwei parallele Reihen von Führungsschlitzen 70 auf, die in vorgegebenen Abständen zueinander zur Aufnahme einer vorgeschriebenen Anzahl von Pouchzellen 12, 13 enthalten, deren Länge der maximalen Breite der Pouchzellen 12, 13 entspricht.
Oberhalb der Deckplatte 74 ist ein plattenförmiger Kontaktträger 75 angeordnet, der eine der Anzahl paralleler Führungsschlitze 70 entsprechende Anzahl Kontaktplatten 11 aufweist, auf denen voneinander getrennt Ladekontakte 9 zum Laden und Entladen der Pochzellen 12, 13 und Messkontakte 10 zum Erfassen der Messsignale angeordnet sind.
Zur Anpassung der Lade- und Messkontakte 9, 10 an unterschiedlich breite Pouchzellen 12, 13 ist zumindest eine der beiden parallelen Reihen von Kontaktplatten 11 in paralleler Ausrichtung zu den Führungsschlitzen 70 in den Führungen in Richtung des Doppelpfeiles A gemäß 5 verschiebbar angeordnet.
Aufgrund der unterschiedlichen Länge der Pouchzellen 12, 13 ist die Halterung 7 zur Aufnahme der Pouchzellen 12, 13 derart ausgebildet, dass nicht nur Pouchzellen 12, 13 unterschiedlicher Breite, sondern auch unterschiedlicher Länge von der Halterung 7 aufgenommen werden können. Zu diesem Zweck ist zumindest eine der beiden Führungsplatten 72, 73 höhenverstellbar und beide Führungsplatten 72, 73 sind um 180 ° in der Ebene drehbar in das Gestell der Halterung 7 einsetzbar, wobei infolge eines unterschiedlichen Abstandes der Führungsschlitze 70 von den Seitenwänden 76, 77 in der einen Ausrichtung der Führungsplatten 72, 73 die Führungsschlitze 70 der Deckplatte 74 und der Führungsplatten 72, 73 zueinander fluchten, während sie in der anderen Stellung der Führungsplatten 72, 73 gegeneinander versetzt sind. Je nach Länge der Pouchzellen 12, 13 wird entweder die obere Führungsplatte 73 oder die untere Führungsplatte 72 oder es werden beide Führungsplatten um 180° gedreht.
Für kurze Pouchzellen 13 wird – wie in 8 dargestellt – die obere Führungsplatte 73 um 180° gedreht, so dass diese auf den zwischen den Führungsschlitzen 70 ausgebildeten Stegen der oberen Führungsplatte 73 aufliegen. Für Pouchzellen mittlerer Länge wird die untere Führungsplatte 72 um 180° gedreht, so dass diese Pouchzellen auf den zwischen den Führungsschlitzen 70 ausgebildeten Stegen der unteren Führungsplatte 72 aufliegen. Für lange Pouchzellen 12 werden die Führungsplatten 72, 73 – wie in 4 dargestellt – so ausgerichtet, dass ihre Führungsschlitze 70 mit denen der Deckplatte 74 fluchten, so dass lange Pouchzellen auf der Bodenplatte 72 zur Auflage kommen.
Die Höhenverstellbarkeit der Führungsplatten 72, 73 ermöglicht dabei eine Anpassung der Halterung 7 an unterschiedliche Längen kurzer und mittellanger Pouchzellen 13.
Zur Verbindung des Kontaktträgers 75 mit der Deckplatte 74 und festen Kontaktierung der Lade- und Messkontakte 9, 10 mit den abgewinkelten Kontaktfahnen 120 der Pouchzellen 12, 13 gemäß den 6 und 7 sind Verschraubungen 78 vorgesehen, die gleichmäßig über die Oberfläche des Kontaktträgers 75 verteilt für einen gleichmäßigen Andruck sorgen.
5 zeigt in einer Draufsicht die zur Anpassung an unterschiedliche Kontaktabstände in Richtung des Doppelpfeiles verstellbaren Kontaktplatten 11 zumindest der einen der beiden parallelen Kontaktplattenreihen mit den darauf angeordneten Lade- und Messkontakten 9, 10. Dabei ist jeweils eine Kontaktreihe einer Pouchzelle 12 zugeordnet, so dass in diesem Ausführungsbeispiel 8 Pouchzellen 12 zur gleichzeitigen und individuellen Vermessung in die Halterung 7 eingesetzt und über die Lade- und Messkontakte 9, 10 vermessen oder geprüft werden können.
6 zeigt eine Seitenansicht der Halterung 7 mit einer darin eingesetzten langen Pouchzelle 12 und deren Kontaktfahnen 120 sowie mit den auf dem Kontaktträger 75 angeordneten Kontaktplatten 11 mit den darauf angeordneten Lade- und Messkontakten 9, 10. Zur Verbindung des Kontaktträgers 75 mit der Deckplatte 74 des Gestells der Aufnahme 7 sind Verschraubungen 78 vorgesehen, die eine definierte und feste Verbindung mit den Kontakten der Pouchzellen 12 gewährleisten.
7 zeigt in vergrößerter Darstellung das Detail V gemäß 6 mit der umgebogenen Kontaktfahne 120 der Pouchzelle 12, einem kraftschlüssig mit der Kontaktfahne 120 verbundenen Messkontakt 10 und den Kontaktträger 75 sowie die Deckplatte 74.
In den 9 bis 12 ist perspektivisch sowie in verschiedenen Ansichten eine Halterung 8 zur Aufnahme prismatischer Akkumulatoren 14 dargestellt, die auf einer Trägerplatte 80 angeordnet und durch Anschläge 87, 88 lagefixiert sind. Zum Vermessen einer Vielzahl prismatischer Akkumulatoren 14 werden mehrere Trägerplatten 80 neben, über- oder hintereinander in einer der Halterung 7 gemäß den 4 bis 8 entsprechenden Halterung angeordnet. Die Lade- und Messkontakte 9, 10 sind auf Leiterplatten 81 angeordnet, die zur Anpassung an unterschiedliche Kontaktabstände der prismatischen Akkumulatoren 14 auf Führungsschienen 82, 83 verstellbar gelagert sind, in die Lagerführungen 84, 85 der Leiterplatten 81 eingreifen.
Die Ladekontakte 9 sind über Ladeanschlüsse 86 mit den Relaiskontakten k1 bis k16 der Schalteinrichtung 5 gemäß 1 und die Messkontakte 10 mit Messpunkten MP1 bis MP4 verbunden, die an die Messvorrichtung angeschlossen sind.
Die Halterung 8 ist für prismatische Akkumulatoren 14 mit unterschiedlichen Außenabmessungen mittels der Anschläge 87, 88 stufenlos variabel einstellbar, wobei die entlang der Führungsschienen 82, 83 verschiebbaren Leiterplatten 81 eine Anpassung der Lade- und Messkontakte 9, 10 an unterschiedliche Abstände der positiven und negativen Pole der prismatischen Akkumulatoren 14 ermöglichen. Die elektrische Kontaktierung und die Kontaktierung mit Messfühlern erfolgt anhand verschiebbarer Kupferblöcke.
Sowohl in der Halterung 7 für Pouchzellen 12, 13 entsprechend den 4 bis 8 als auch in der Halterung 8 für prismatische Akkumulatoren 14 entsprechend den 9 bis 12 erfolgt die Kontaktierung der Pouchzellen 12, 13 beziehungsweise prismatischen Akkumulatoren 14 mittels einer schrauben-, klemmen- und lötfreien Kontaktierung sowie Fixierung der Pouchzellen 12, 13 oder prismatischen Akkumulatoren 14 mittels Federkontaktstiften, deren Kontaktfläche nach Art eines Waffeleisens ausgebildet ist, so dass eine Kontaktierung auch durch Oxidschichten oder Verschmutzungen auf den Kontaktpolen der Akkumulatoren 12 bis 14 gewährleistet ist.
In den 13 bis 16 ist eine Auswahl an Messkurven schematisch dargestellt, die mittels der in den 1 und 4 bis 12 dargestellten und vorstehend beschriebenen Messvorrichtungen aufgenommen wurden.
13 zeigt den Verlauf der Zellenspannung U [V] und der Zellentemperatur T [°C] einer Messzelle über der Zeit t [sec] bei einer Umgebungstemperatur von 45° C nach 350 Ladezyklen. Von 0 bis ca. 2500 Sekunden, d.h. in einer Zeitspanne von ca. 40 Minuten, erfolgt ein Ladevorgang mit 1C, d.h. mit einem der Kapazität der Messzelle entsprechenden Ladestrom, bei dem die Zellenspannung von 2,0 V auf ca. 2,8 V ansteigt und die Zellentemperatur von ca. 52° C auf ca. 47° C abfällt. An den Ladevorgang schließt sich ein ebenfalls ca. 2500 Sekunden dauernder Entladevorgang an, bei dem die Zellenspannung auf ca. 1,8 V abfällt, während die Zellentemperatur auf 51,5° C ansteigt.
14 zeigt den prozentualen Verlauf der Energie E [%] von drei Messzellen C1, C2 und C3 über der Anzahl von Lade- und Entladezyklen (Cycle [#]) bei Lade- und Entladevorgängen mit 1C und einer Umgebungstemperatur von 45° C. Die tatsächlichen Messungen wurden – in durchgezogenen Linien dargestellt – über ca. 550 Zyklen aufgenommen und mit gestrichelten Linien extrapoliert. Die Messkurven aller drei Messzellen C1, C2 und C3 zeigen eine nahezu lineare Abnahme der Energie E [%] mit zunehmenden Lade- und Entladezyklen, wobei als Lebensdauerende einer Zelle eine Abnahme der Energie E [%] auf 80% angenommen wird, was die Messzelle C3 nach ca. 1.600 Zyklen und die Messzelle C2 nach ca. 1.900 Zyklen erreicht, während die Messzelle C1 mehr als 2.000 Zyklen verkraftet.
Da die Messungen bei einer Umgebungstemperatur von T = 45°C erfolgten, kann von einer Vervierfachung des Lebensdauerendes der Messzellen ausgegangen werden, da ausgehend von einer Umgebungstemperatur von 25° C jede Temperaturerhöhung um 10° C ungefähr einer Verdoppelung der Alterung einer Akkumulatorzelle entspricht. Der Kurvenverlauf der Messungen gemäß 14 zeigt somit ein Lebensdauerende der Messzelle C3 bei > 7.000 Zyklen, der Messzelle C2 bei > 7.600 Zyklen und der Messzelle C1 bei > 8.000 Zyklen.
15 zeigt den Verlauf der Entladeenergie E [%] und der Zellentemperatur T [°C] einer Messzelle über der C-Rate zur Beurteilung der Hochstromfähigkeit der Messzelle und deren Temperaturverhalten ohne Kühlung bzw. Abfuhr der beim Laden der Messzelle anfallenden Wärme. Während die Energie bzw. Kapazität der Messzelle mit zunehmender C-Rate zunächst abfällt, um bei C-Raten über 2 C wieder anzusteigen, steigt die Zellentemperatur von 25° C bis ca. 80° C mit zunehmender C-Rate kontinuierlich an.

16 zeigt den Verlauf der Zellenspannung U [V] einer Messzelle über der Energie E [%] der Messzelle während des Ladens und Entladens ohne vorangegangenen Lade- und Entladezyklus (Cycle #0) und nach 224 Zyklen (Cycle #224). Während der künstlichen Alterung verändert sich beim Laden und Entladen die Zellenspannung signifikant und kann daher zur Ladezustandsdefinition (SOC) herangezogen werden. Darüber hinaus steigt der Innenwiderstand R_i der Messzelle, der sich aus der Differenz des Kurvenverlaufs beim Laden und Entladen ergibt mit der Anzahl der Zyklen signifikant an (R_i2 > R_i1). Bezugszeichenliste

1	Stromversorgungseinrichtung
2	elektronische Last
3	Steuereinrichtung
4	Interface
5	Schalteinrichtung
6–8	Halterung
9	Ladekontakte
10	Messkontakte
11	Kontaktplatten
12	lange Pouchzellen
13	kurze Pouchzellen
14	prismatische Akkumulatoren
70	Führungsschlitze
71	Bodenplatte
72, 73	Führungsplatten
74	Deckplatte
75	Kontaktträger
76, 77	Seitenwände
78	Verschraubungen
80	Trägerplatte
81	Leiterplatte
82, 83	Führungsschienen
84, 85	Lagerführungen
86	Ladeanschlüsse
87, 88	Anschläge
120	Kontaktfahnen
A1–A8	Akkumulatoren
C1–C3	Messzellen
k1–k23	Schaltkontakte (Relaiskontakte)
MP1–MP8	Messpunkte

Claims

Verfahren zum Vermessen und Prüfen der Leistungsfähigkeit von Akkumulatoren durch Bestimmung von für Akkumulatoren charakteristischen Kenndaten und/oder Kennprofilen, dadurch gekennzeichnet, – dass in einer ersten Messphase N Akkumulatoren (A1–A8) in Serie geschaltet an eine Stromversorgungseinrichtung (1) angeschlossen und unter Vorgabe vorbestimmter erster Vermessungsparameter gemeinsam geladen werden bis ein die geringste Kapazität der Akkumulatoren (A1–A8) aufweisender Akkumulator vollständig geladen ist und mehrere der Energie dieses Akkumulators entsprechende Messwerte gespeichert und dieser Akkumulator von der Serienschaltung abgetrennt wird, – dass in einer zweiten Messphase die verbleibenden N – 1 Akkumulatoren (A1–A8) bis zu ihrer Vollladung nachgeladen werden und mehrere der Energie jedes der N – 1 Akkumulatoren (A1–A8) entsprechende Messwerte gespeichert werden, – dass in einer dritten Messphase die N Akkumulatoren (A1–A8) erneut in Serie geschaltet an eine Last (2) angeschlossen und unter Vorgabe vorbestimmter zweiter Vermessungsparameter entladen werden, Messwerte aufgezeichnet werden bis der die geringste Kapazität der Akkumulatoren (A1–A8) aufweisende Akkumulator vollständig entladen ist und von der Serienschaltung abgetrennt wird, – und dass in einer vierten Messphase die noch nicht vollständig entladenen N – 1 Akkumulatoren (A1–A8) an die Last (2) angeschlossen und vollständig entladen werden, wobei N eine ganze Zahl > 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass in der zweiten Messphase die Serienschaltung der N – 1 Akkumulatoren (A1–A8) aufgetrennt und die noch nicht vollständig geladenen Akkumulatoren (A1–A8) einzeln an die Stromversorgungseinrichtung (1) angeschlossen und bis zu ihrer jeweiligen Vollladung nachgeladen werden und ein der Kapazität jedes der N – 1 Akkumulatoren (A1–A8) entsprechender Messwert gespeichert wird, – und dass in der vierten Messphase die Serienschaltung der Akkumulatoren (A1–A8) aufgetrennt und die noch nicht vollständig entladenen N – 1 Akkumulatoren (A1–A8) einzeln an die Last (2) angeschlossen und vollständig entladen werden. wobei N eine ganze Zahl > 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass in der zweiten Messphase die verbleibenden N – 1 Akkumulatoren (A1–A8) in Serienschaltung bis zu ihrer jeweiligen Kapazitätsgrenze nachgeladen werden und mehrere der Energie desjenigen Akkumulators entsprechende Messwerte gespeichert und dieser Akkumulator von der Serienschaltung der N – X Akkumulatoren (A1–A8) abgetrennt wird, der seine Kapazitätsgrenze erreicht hat, – und dass in der vierten Messphase die noch nicht vollständig entladenen N – 1 Akkumulatoren (A1–A8) in Serienschaltung an die Last (2) angeschlossen, vollständig entladen und jeweils derjenige Akkumulator von der Serienschaltung der N – X Akkumulatoren (A1–A8) abgetrennt wird, der vollständig entladen ist, wobei N und X ganze Zahlen mit N > 1 und 2 < X < N sind.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messphasen mindestens einmal wiederholt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und zweiten Messphase die in Serie geschalteten Akkumulatoren (A1–A8) unter Vorgabe der vorbestimmten ersten Vermessungsparameter bis zum Erreichen der Ladeschlussspannung geladen und in der dritten und vierten Messphase bis zum Erreichen der Entladeschlussspannung entladen werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste oder zweite Vermessungsparameter der Ladestrom (I), die Ladespannung (U), die Ladezeit und die Temperatur der in Serie geschalteten Akkumulatoren beziehungsweise jedes einzelnen Akkumulators vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Umgebungstemperatur (T) als erster und/oder zweiter Vermessungsparameter vorgesehen ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer fünften Messphase jeder der N Akkumulatoren (A1–A8) einzeln an die Stromversorgungseinrichtung (1) und die Last (2) angeschlossen und zur Bestimmung seiner spezifischen Eigenschaften wie Kapazität (C), Impedanz oder Innenwiderstand (Ri) sowie zur Aufnahme von Mess-, Last-,Temperatur-, Alterungs- und/oder Degradationskurven mindestens einmal geladen und entladen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-, Last-, Alterungs- und/oder Degradationsprofile programmgesteuert mittels einer Steuer- und Messsoftware bestimmt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Messphasen ein vorzugsweise programmiertes, vorbestimmtes Zyklisierungs- und/oder Lastprofil zur beschleunigten Alterung, Kapazitätsdegradation, Impedanzzunahme und Innenwiderstandserhöhung der in Serie geschalteten Akkumulatoren (A1–A8) beziehungsweise jedes einzelnen Akkumulators (A1–A8) durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Halterung (6, 7, 8) zur Aufnahme von Akkumulatoren (A1–A8) mit unterschiedlichen Abmessungen und eine Schalteinrichtung (5) mit steuerbaren Schaltkontakten (k1–k16) zur Serienschaltung der Akkumulatoren (A1–A8) und Anschluss der in Serie geschalteten Akkumulatoren (A1–A8) an eine Stromversorgungseinrichtung (1), eine Last (2) und eine Messvorrichtung, zum Auftrennen der Serienschaltung und zum individuellen Anschließen jedes einzelnen Akkumulators (A1–A8) an die Stromversorgungseinrichtung (1), die Last (2) und die Messvorrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (5) mindestens eine der Anzahl zu vermessender Akkumulatoren (A1–A8) entsprechende Anzahl steuerbarer Schaltkontakte (k1–k16) enthält, mit denen in der ersten Messphase die Akkumulatoren (A1–A8) in Serie an die Stromversorgungseinrichtung (1), an die Last (2) und an die Messvorrichtung anschließbar sind und mit denen nach der ersten Messphase die Serienschaltung auftrennbar und in der zweiten Messphase jeder einzelne Akkumulator (A1–A8) an die Stromversorgungseinrichtung (1), an die Last (2) und die Messvorrichtung anschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Last aus einer elektronischen Last (2) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nullpunktabsenkung beim Laden und Entladen der Akkumulatoren (A1–A8) der Minuspol der elektronischen Last (2) mit dem Minuspol einer Spannungsquelle (15) verbunden ist, deren Pluspol über eine Z-Diode (D1) an den Minuspol der Stromversorgungseinrichtung (1) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontakte (k1–k16) der Schalteinrichtung (5) aus einer Relaisschaltung mit einer Anzahl von Relaiskontakten bestehen, die der doppelten Anzahl der in Serie schaltbaren Akkumulatoren (A1–A8) entspricht.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladekontakte (9) und die Messkontakte (10) der Messfühler aus Druckstiftkontakten bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstiftkontakte eine Kontaktfläche mit einer nach Art eines Waffeleisens ausgebildeten Oberflächenstruktur aufweisen.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (6, 7, 8) stufenlos verstellbare Aufnahmen für Akkumulatoren (A1–A8) mit unterschiedlichen Außenabmessungen und/oder Abständen der elektrischen Kontakte der Akkumulatoren (A1–A8) aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Halterung (7) für als Pouchzellen (12, 13) ausgebildete Akkumulatoren vorgesehen ist, die aus einem kastenförmigen Gestell mit einer Bodenplatte (71), einer Deckplatte (74) und mindestens einer Führungsplatte (72, 73) zwischen der Deckplatte (74) und der Bodenplatte (71) besteht, wobei die Deckplatte (74) und die mindestens eine Führungsplatte (72, 73) Führungsschlitze (70) zur Aufnahme der Pouchzellen (12, 13) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Führungsschlitze (70) der maximalen Breite der Pouchzellen (12, 13) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsplatte (72, 73) in der Ebene um 180° drehbar in den zwischen der Deckplatte (74) und der Bodenplatte (71) gebildeten Raum einsetzbar ist, derart, dass in der einen Ausrichtung der Führungsplatte (72, 73) zur Aufnahme von langen Pouchzellen (12) die in der Führungsplatte (72, 73) angeordneten Führungsschlitze (70) mit den in der Deckplatte (74) angeordneten Führungsschlitzen (70) fluchten und in der anderen Ausrichtung der Führungsplatte (72, 73) zur Aufnahme von kurzen Pouchzellen (13) die in der Führungsplatte (72, 73) angeordneten Führungsschlitze (70) versetzt zu den in der Deckplatte (74) angeordneten Führungsschlitzen (70) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsplatte (72, 73) höhenverstellbar zwischen der Deckplatte (74) und der Bodenplatte (71) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Deckplatte (74) ein Kontaktträger (75) mit in der Ebene des Kontaktträgers (75) seitlich verschiebbaren Lade- und Messkontakten (9, 10) aufsetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Halterung (8) aus mindestens einer Trägerplatte (80) mit Aufnahmen für prismatische Akkumulatoren (14) und Führungsschienen (82, 83) zur Führung von Leiterplatten (81) besteht, die parallel zur Ebene der elektrischen Kontakte der Akkumulatoren (A1–A8) verstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschienen (82, 83) stufenlos verstellbar sind und die Aufnahmen für prismatische Akkumulatoren (14) aus Anschlägen (87, 88) bestehen, die verstellbar auf der Trägerplatte (80) angeordnet sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (6, 7, 8) in einen Wärmeschrank zur Variation der Umgebungstemperatur beim Vermessen der Akkumulatoren (A1–A8) einsetzbar sind.