DE102014225450A1

DE102014225450A1 - Method and measuring arrangement for determining the differential entropy of a test battery

Info

Publication number: DE102014225450A1
Application number: DE102014225450.7A
Authority: DE
Inventors: Jan Philipp Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der differenziellen Entropie einer Prüfbatterie mit einem ersten Prüfbatterie-Pol (21) erster Polarität und einem zweiten Prüfbatterie-Pol (22) zweiter Polarität, umfassend die Schritte: a) Einstellen einer ersten Temperatur der Prüfbatterie (2), mittels einer Temperiereinheit (3), b) Erfassen einer zwischen den Prüfbatterie-Polen (21, 22) anliegenden, ersten Prüfspannung, mittels einer an den Prüfbatterie-Polen (21, 22) angeschlossenen Spannungserfassungseinrichtung (16), c) Einstellen einer zweiten Temperatur der Prüfbatterie (2), mittels der Temperiereinheit (3), d) Erfassen einer zwischen den Prüfbatterie-Polen (21, 22) anliegenden, zweiten Prüfspannung mittels der Spannungserfassungseinrichtung (16), e) Berechnen der differenziellen Entropie der Prüfbatterie (2) durch Vergleich der bei den jeweils eingestellten Temperaturen erfassten Prüfspannungen, Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannungserfassungseinrichtung (16) – eine Spannungsmesseinheit (161) zum Messen einer zwischen zwei Messanschlüssen (1611, 1612) der Spannungsmesseinheit (161) anliegenden Spannung und – eine seriell zu der Spannungsmesseinheit (161) geschaltete, eine Gleichspannung liefernde Kompensationsspannungsquelle (162) mit einem ersten Pol (1621) der ersten Polarität und einem zweiten Pol (1622) der zweiten Polarität aufweist, wobei der erste Pol (1621) der Kompensationsspannungsquelle (162) mit dem ersten Prüfbatterie-Pol (21), der zweite Pol (1622) der Kompensationsspannungsquelle (162) mit dem ersten Messanschluss (1611) und der zweite Messanschluss (1612) mit dem zweiten Prüfbatterie-Pol (22) verbunden ist, sodass beim Erfassen der Prüfspannungen deren temperaturunabhängiger Anteil durch die Gleichspannung der Kompensationsspannungsquelle (162) wenigstens teilweise kompensiert wird.The invention relates to a method for determining the differential entropy of a test battery having a first first-polarity battery bank (21) and a second second polarity test battery pole (22), comprising the steps of: a) setting a first temperature of the battery ( 2), by means of a temperature control unit (3), b) detecting a first test voltage applied between the test battery poles (21, 22) by means of a voltage detection device (16), c) connected to the test battery poles (21, 22) a second temperature of the test battery (2), by means of the temperature control unit (3), d) detecting a second test voltage applied between the test battery poles (21, 22) by means of the voltage detection device (16), e) calculating the differential entropy of the test battery ( 2) by comparing the detected at the set temperatures test voltages, the invention is characterized in that the voltage detecting means (16) - a voltage measuring unit (161) for measuring a voltage applied between two measuring terminals (1611, 1612) of the voltage measuring unit (161); and - a compensation voltage source (162) connected in series with the voltage measuring unit (161) and having a first voltage Pol (1621) of the first polarity and a second pole (1622) of the second polarity, wherein the first pole (1621) of the compensation voltage source (162) with the first Prüfbatterie pole (21), the second pole (1622) of the compensation voltage source ( 162) is connected to the first measuring terminal (1611) and the second measuring terminal (1612) to the second Prüfbatterie pole (22), so that when detecting the test voltages whose temperature-independent component is at least partially compensated by the DC voltage of the compensation voltage source (162).

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der differenziellen Entropie einer Prüfbatterie mit einem ersten Prüfbatterie-Pol erster Polarität und einem zweiten Prüfbatterie-Pol zweiter Polarität, umfassend die Schritte:

a) Einstellen einer ersten Temperatur der Prüfbatterie, mittels einer Temperiereinheit,
b) Erfassen einer zwischen den Prüfbatterie-Polen anliegenden, ersten Prüfspannung, mittels einer an den Prüfbatterie-Polen angeschlossenen Spannungserfassungseinrichtung,
c) Einstellen einer zweiten Temperatur der Prüfbatterie, mittels der Temperiereinheit,
d) Erfassen einer zwischen den Prüfbatterie-Polen anliegenden, zweiten Prüfspannung mittels der Spannungserfassungseinrichtung,
e) Berechnen der differenziellen Entropie der Prüfbatterie durch Vergleich der bei den jeweils eingestellten Temperaturen erfassten Prüfspannungen,

The invention relates to a method for determining the differential entropy of a test battery having a first test battery pole of the first polarity and a second test battery pole of the second polarity, comprising the steps:

a) setting a first temperature of the test battery, by means of a temperature control unit,
b) detecting a first test voltage applied between the test battery poles, by means of a voltage detection device connected to the test battery poles,
c) setting a second temperature of the test battery, by means of the temperature control unit,
d) detecting a second test voltage applied between the test battery poles by means of the voltage detection device,
e) calculating the differential entropy of the test battery by comparing the test voltages detected at the respective set temperatures,

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messanordnung zur Ermittlung der differentiellen Entropie einer Prüfbatterie. The invention further relates to a measuring arrangement for determining the differential entropy of a test battery.

Stand der Technik State of the art

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der US 2013/0271089 A1 . Die differentielle Entropie ist eine wesentliche Größe einer Batterie aus der sich Rückschlüsse auf deren inneren Zustand ableiten lassen. Aus der differentiellen Entropie kann beispielsweise der Alterungszustand der Batterie bestimmt werden. Typischerweise wird hierfür die differenzielle Entropie für einen oder mehrere Ladungszustände der Batterie ermittelt. Der Ladungszustand ist dabei eine aktuell in der Batterie gespeicherte Ladungsmenge, die in der Regel als Anteil an der Kapazität, also der maximal in der Batterie speicherbaren Ladungsmenge, angegeben wird. Such a method is known from the US 2013/0271089 A1 , The differential entropy is an essential quantity of a battery from which conclusions can be drawn on their internal state. From the differential entropy, for example, the aging state of the battery can be determined. Typically, this will determine the differential entropy for one or more charge states of the battery. The state of charge is a charge amount currently stored in the battery, which is usually indicated as a proportion of the capacity, that is to say the maximum amount of charge that can be stored in the battery.

Bekanntermaßen kann die differentielle Entropie einer Batterie aus den bei unterschiedlichen Temperaturen zwischen den Batterie-Polen anliegenden Spannungen ermittelt werden. In dem bekannten Verfahren wird die Batterie daher auf unterschiedliche Temperaturen eingestellt und die jeweils an den Batterie-Polen anliegenden Prüfspannungen mittels eines Spannungsmessers erfasst. Anschließend werden die erfassten Prüfspannungen gegen die entsprechenden, eingestellten Temperaturen aufgetragen und aus der Steigung einer für alle Messpunkte dieser Auftragung bestimmten linearen Ausgleichsfunktion die differenzielle Entropie der Batterie berechnet. Die Steigung der linearen Ausgleichsfunktion gibt dabei die Temperaturabhängigkeit der erfassten Prüfspannungen an, aus der sich durch Multiplikation mit einem bekannten, konstanten Faktor die differenzielle Entropie der Batterie berechnen lässt. As is known, the differential entropy of a battery can be determined from the voltages present at different temperatures between the battery poles. In the known method, therefore, the battery is set to different temperatures and the respective voltage applied to the battery poles test voltages detected by means of a voltmeter. Subsequently, the detected test voltages are plotted against the corresponding set temperatures and the differential entropy of the battery is calculated from the slope of a linear compensation function determined for all measurement points of this plot. The gradient of the linear compensation function indicates the temperature dependence of the detected test voltages, from which the differential entropy of the battery can be calculated by multiplication with a known, constant factor.

Die mit dem Spannungsmesser erfassten Prüfspannungen der Batterie setzen sich jeweils aus einem temperaturunabhängigen, konstanten Gleichanteil und einem in Abhängigkeit von der Temperatur variierenden Anteil zusammen. Für die Berechnung der differentiellen Entropie ist somit lediglich der variierende Anteil der Prüfspannungen relevant, da nur aus diesem die Temperaturabhängigkeit der erfassten Prüfspannungen bestimmt werden kann. Eine genaue Bestimmung dieses Anteils wird jedoch durch die Miterfassung des in jeder Prüfspannung enthaltenden und im Vergleich zum variierenden Anteil großen Gleichanteils erschwert, da nahezu der gesamte Auflösungsbereich des Spannungsmessers für die Erfassung des Gleichanteils aufgewendet werden muss. The test voltages of the battery detected by the voltmeter are each composed of a temperature-independent, constant DC component and a component which varies as a function of the temperature. Thus, only the varying proportion of the test voltages is relevant for the calculation of the differential entropy, since only from this can the temperature dependence of the detected test voltages be determined. Accurate determination of this fraction, however, is made more difficult by the co-detection of the DC component contained in each test voltage and compared to the varying component, since almost the entire range of resolution of the voltmeter must be used for detecting the DC component.

Aufgabenstellung task

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass der in den erfassten Prüfspannungen enthaltene variierende Anteil mit höherer Auflösung erfasst werden kann. It is the object of the present invention to develop a generic method such that the varying proportion contained in the detected test voltages can be detected with a higher resolution.

Darlegung der Erfindung Presentation of the invention

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Spannungserfassungseinrichtung

– eine Spannungsmesseinheit zum Messen einer zwischen zwei Messanschlüssen der Spannungsmesseinheit anliegenden Spannung und
– eine seriell zu der Spannungsmesseinheit geschaltete, eine Gleichspannung liefernde Kompensationsspannungsquelle mit einem ersten Pol der ersten Polarität und einem zweiten Pol der zweiten Polarität aufweist,

wobei der erste Pol der Kompensationsspannungsquelle mit dem ersten Prüfbatterie-Pol, der zweite Pol der Kompensationsspannungsquelle mit dem ersten Messanschluss und der zweite Messanschluss mit dem zweiten Prüfbatterie-Pol verbunden ist, sodass beim Erfassen der Prüfspannungen deren temperaturunabhängiger Anteil durch die Gleichspannung der Kompensationsspannungsquelle wenigstens teilweise kompensiert wird. This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that the voltage detection device

A voltage measuring unit for measuring a voltage applied between two measuring terminals of the voltage measuring unit and
A DC voltage supplying compensation voltage source having a first pole of the first polarity and a second pole of the second polarity connected in series with the voltage measuring unit,

wherein the first pole of the compensation voltage source is connected to the first test battery pole, the second pole of the compensation voltage source to the first measuring terminal and the second measuring terminal to the second Prüfbatterie-pole, so that when detecting the test voltages whose temperature-independent component by the DC voltage of the compensation voltage source at least partially is compensated.

Diese Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Messanordnung zur Ermittlung der differentiellen Entropie einer Prüfbatterie mit einem ersten Prüfbatterie-Pol erster Polarität und einem zweiten Prüfbatterie-Pol zweiter Polarität, die die folgenden Komponenten aufweist:

– eine Temperiereinheit, mittels welcher die Temperatur der Prüfbatterie im angeschlossenen Zustand auf eine vorgegebene Temperatur einstellbar ist, und
– eine Schaltungsanordnung, umfassend, – einen ersten Prüfanschluss zum Anschließen des ersten Prüfbatterie-Pols und einen zweiten Prüfanschluss zum Anschließen des zweiten Prüfbatterie-Pols, – eine Spannungsmesseinheit zum Messen einer zwischen zwei Messanschlüssen der Spannungsmesseinheit anliegenden Spannung, – eine seriell zu der Spannungsmesseinheit geschaltete, eine Gleichspannung liefernde Kompensationsspannungsquelle mit einem ersten Pol der ersten Polarität und einem zweiten Pol der zweiten Polarität, wobei der erste Pol der Kompensationsspannungsquelle mit dem ersten Prüfanschluss, der zweite Pol der Kompensationsspannungsquelle mit dem ersten Messanschluss und der zweite Messanschluss mit dem zweiten Prüfanschluss verbunden ist.

This object is further achieved by a measuring arrangement for determining the differential entropy of a test battery having a first test battery pole of the first polarity and a second test battery pole of the second polarity, which has the following components:

A tempering unit, by means of which the temperature of the test battery in the connected state can be set to a predetermined temperature, and
A circuit arrangement, comprising a first test connection for connecting the first test battery pole and a second test connection for connecting the second test battery pole, a voltage measurement unit for measuring a voltage applied between two measurement terminals of the voltage measurement unit, a diode connected in series with the voltage measurement unit A DC voltage supplying compensation voltage source having a first pole of the first polarity and a second pole of the second polarity, wherein the first pole of the compensation voltage source is connected to the first test terminal, the second pole of the compensation voltage source to the first measurement terminal and the second measurement terminal to the second test terminal ,

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird also der ursprünglichen Messspannung eine Gegengleichspannung gegengeschaltet, die einen entsprechenden Gleichanteil der ursprünglichen Messspannung kompensiert. Mit anderen Worten wird der Gleichspannungsoffset der ursprünglichen Messspannung beseitigt, sodass die resultierende Messspannung nur noch aus dem durch die Temperaturänderung hervorgerufenen, variierenden Anteil und – bei unvollständiger Kompensation – einem reduzierten Restbetrag des Gleichanteils besteht. Letzterer kann durch Angleichung der Kompensationsspannung an die bei der ersten Temperatur anliegende Leerlaufspannung der Prüfbatterie vollständig auf Null reduziert werden. According to the invention, a counter-DC voltage is thus connected in opposition to the original measuring voltage, which compensates for a corresponding DC component of the original measuring voltage. In other words, the DC offset of the original measurement voltage is eliminated, so that the resulting measurement voltage only from the caused by the temperature change, varying proportion and - in case of incomplete compensation - a reduced residual amount of the DC component. The latter can be completely reduced to zero by equalizing the compensation voltage to the voltage applied at the first temperature open circuit voltage of the test battery.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schritte c) bis d) für unterschiedliche zweite Temperaturen wiederholt werden und die jeweils entsprechend anliegenden, zweiten Prüfspannungen mittels der Spannungserfassungseinrichtung erfasst werden. Hierdurch kann die Genauigkeit mit der die differentielle Entropie ermittelt wird, gesteigert werden, da zusätzliche Spannungs-Temperatur-Messpunkte für die Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der erfassten Prüfspannungen zur Verfügung stehen. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that steps c) to d) are repeated for different second temperatures and the respectively corresponding, second test voltages are detected by means of the voltage detection device. In this way, the accuracy with which the differential entropy is determined can be increased, since additional voltage-temperature measuring points are available for determining the temperature dependence of the detected test voltages.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung ist vorgesehen, dass die Kompensationsspannungsquelle als eine steuerbare Gleichspannungsquelle ausgebildet ist. Diese Ausführungsform der Messanordnung ermöglicht es, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, die Kompensationsspannungsquelle so anzusteuern, dass die von dieser gelieferte Gleichspannung innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich der bei der ersten Temperatur anliegenden Leerlaufspannung der Prüfbatterie ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der Gleichanteil der erfassten Prüfspannung nahezu vollständig kompensiert und somit der temperaturabhängige, variable Anteil mit extrem hoher Auflösung und damit äußerst genau bestimmt werden. Beispielsweise kann, nachdem mittels der Temperiereinheit die Prüfbatterie auf eine erste Temperatur eingestellt wurde, die bei dieser Temperatur zwischen dem Prüfbatteriepolen anliegende Leerlaufspannung zunächst erfasst und dann die Kompensationsspannungsquelle so angesteuert werden, dass sie eine entsprechende Gleichspannung liefert. In a preferred embodiment of the measuring arrangement according to the invention it is provided that the compensation voltage source is designed as a controllable DC voltage source. This embodiment of the measuring arrangement makes it possible, as provided in a preferred embodiment of the inventive method, to control the compensation voltage source such that the DC voltage supplied by the same within a predetermined tolerance is equal to the open circuit voltage of the test battery applied at the first temperature. As a result, the direct component of the detected test voltage can be almost completely compensated in an advantageous manner, and thus the temperature-dependent, variable component with extremely high resolution and thus determined extremely accurately. For example, after the test battery has been set to a first temperature by means of the temperature control unit, the no-load voltage present at this temperature between the test battery poles is first detected and then the compensation voltage source is driven to supply a corresponding DC voltage.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zwischen dem Einstellen der ersten Temperatur der Prüfbatterie und vor Erfassen der ersten Prüfspannung die Kapazität der Prüfbatterie zunächst ermittelt und die Prüfbatterie im Anschluss auf einen bestimmten Ladungszustand eingestellt wird. Für die Ermittlung der Kapazität kann die Prüfbatterie beispielsweise mittels der Ladungssteuereinheit zunächst vollständig geladen und dann wieder vollständig entladen werden und die Kapazität aus einem im Rahmen des Entladevorgangs von der Ladungssteuereinheit aufgenommenen Stromverlaufs ermittelt werden. Die Einstellung auf einen bestimmten Ladungszustand kann dann beispielsweise durch Aufbringen einer dem gewünschten Ladungszustand entsprechenden Ladungsmenge auf die Prüfbatterie realisiert werden. Die Ermittlung der Kapazität der Prüfbatterie und deren Einstellung auf einen bestimmten Ladungszustand nach Einstellen der ersten Temperatur ist äußerst vorteilhaft, da diese sich auf diese Weise nicht mehr auf den Ladungszustand der Prüfbatterie auswirken kann. In a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that, between the setting of the first temperature of the test battery and before the first test voltage is detected, the capacity of the test battery is first determined and the test battery is subsequently set to a specific charge state. For determining the capacitance, the test battery can first be completely charged, for example by means of the charge control unit, and then completely discharged again, and the capacitance can be determined from a current profile recorded by the charge control unit during the discharge process. The adjustment to a specific charge state can then be realized, for example, by applying a charge quantity corresponding to the desired charge state to the test battery. The determination of the capacity of the test battery and their adjustment to a certain state of charge after setting the first temperature is extremely advantageous because it can no longer affect the state of charge of the test battery in this way.

Bei einer Weiterbildung dieser Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die differentielle Entropie zusätzlich für weitere unterschiedliche Ladungszustände der Prüfbatterie ermittelt wird. Die jeweiligen Ladungszustände können dabei auf Basis der bereits ermittelten Kapazität der Prüfbatterie eingestellt werden. Diese Verfahrensvariante ist vorteilhaft, da auf diese Weise für die Bestimmung des Alterungszustands der Prüfbatterie eine Vielzahl von ermittelten differentiellen Entropien zur Verfügung stehen, sodass die Alterungszustandsbestimmung äußerst genau erfolgen kann. In a development of this method variant, it is provided that the differential entropy is additionally determined for further different charge states of the test battery. The respective charge states can be adjusted on the basis of the already determined capacity of the test battery. This method variant is advantageous because in this way a large number of determined differential entropies are available for the determination of the aging state of the test battery so that the aging state determination can be extremely accurate.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung ist vorgesehen, dass die Kompensationsspannungsquelle ein Kondensator und/oder eine Batterie umfasst. Der Einsatz eines Kondensators ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da er eine äußerst kostengünstige Kompensationsspannungsquelle darstellt. Nachteilig ist hingegen, dass der Kondensator aufgrund von Leckströmen nach einem Ladevorgang relativ schnell wieder entladen wird. Alternativ oder als Ergänzung zum Kondensator ist daher vorgesehen, dass die Kompensationsspannungsquelle eine Batterie umfasst. Der Einsatz einer Batterie ist zwar gegenüber dem Kondensator deutlich kostenintensiver und weniger flexibel, im Gegensatz zum Kondensator wirken sich Leckströme jedoch weniger stark auf die erzeugte Kompensationsspannung aus. Der Fachmann kann somit durch die Wahl der Kompensationsspannungsquelle die Messanordnung an die jeweiligen Anforderungen anpassen. In a further embodiment of the measuring arrangement according to the invention, it is provided that the compensation voltage source comprises a capacitor and / or a battery. The use of a capacitor is particularly advantageous because it is an extremely cost-effective Represents compensation voltage source. The disadvantage, on the other hand, is that the capacitor is discharged relatively quickly again due to leakage currents after a charging process. As an alternative or as a supplement to the capacitor, it is therefore provided that the compensation voltage source comprises a battery. Although the use of a battery is compared to the capacitor much more costly and less flexible, unlike the capacitor, however, leakage currents affect less on the compensation voltage generated. The person skilled in the art can thus adapt the measuring arrangement to the respective requirements by selecting the compensation voltage source.

Besonders bevorzugt ist bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung weiter vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung einen die Spannungsmesseinheit überbrückenden Schalter aufweist. Hierdurch kann, wie in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, der Schalter nach Einstellen der ersten Temperatur der Prüfbatterie zunächst geschlossen und anschließend wieder geöffnet werden und auf diese Weise die von der Kompensationsspannungsquelle gelieferte Gleichspannung sehr exakt auf die bei der ersten Temperatur an der Prüfbatterie anliegende Leerlaufspannung eingestellt werden. Durch das Schließen des Schalters wird die Prüfbatterie selbst zum Laden des Kondensators bzw. zur Spannungsanpassung der Kompensationsbatterie genutzt. Particularly preferred in this embodiment of the measuring arrangement according to the invention is further provided that the circuit arrangement has a voltage measuring unit bridging switch. In this way, as provided in a further embodiment of the method according to the invention, the switch after setting the first temperature of the test battery is first closed and then reopened and in this way the DC voltage supplied by the compensation voltage source very accurately to the at the first temperature at the test battery adjacent open-circuit voltage can be adjusted. By closing the switch, the test battery itself is used to charge the capacitor or to adjust the voltage of the compensation battery.

Bei einer Weiterbildung dieser Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass, während der Schalter geschlossen ist, die Gesamtkapazität der Parallelschaltung von Prüfbatterie und Kompensationsspannungsquelle zunächst ermittelt und anschließend Prüfbatterie und Kompensationsspannungsquelle auf einen gemeinsamen Ladungszustand eingestellt werden. Hierdurch kann die ermittelte differenzielle Entropie einem genau bekannten Ladungszustand, nämlich dem gemeinsamen Ladungszustand von Prüfbatterie und Kompensationsspannungsquelle, zugeordnet werden. In a further development of this method variant, it is provided that, while the switch is closed, the total capacitance of the parallel connection of the test battery and the compensation voltage source is first determined and then the test battery and the compensation voltage source are set to a common charge state. As a result, the determined differential entropy can be assigned to a precisely known charge state, namely the common charge state of the test battery and the compensation voltage source.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung ist vorgesehen, dass die Messanordnung eine die Temperatur der Kompensationsspannungsquelle konstant haltende Kompensationstemperiereinheit aufweist. Hierdurch können in vorteilhafter Weise temperaturbedingte Schwankungen der von der Kompensationsspannungsquelle gelieferten Gleichspannung vollständig unterbunden werden, denen insbesondere Kondensatoren und Batterien, die Bestandteile der Kompensationsspannungsquelle sind, ausgesetzt sind. In a further preferred embodiment of the measuring arrangement according to the invention, it is provided that the measuring arrangement has a compensation temperature control unit holding the temperature of the compensation voltage source constant. As a result, temperature-induced fluctuations in the DC voltage supplied by the compensation voltage source can be completely prevented, in particular, to which capacitors and batteries, which are components of the compensation voltage source, are exposed.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Es zeigen: Show it:

1: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messanordnung mit einer angeschlossenen Prüfbatterie, 1 FIG. 1 shows a first embodiment of a measuring arrangement according to the invention with a connected test battery, FIG.

2: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messanordnung mit einer angeschlossenen Prüfbatterie. 2 A second embodiment of a measuring arrangement according to the invention with a connected test battery.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Description of preferred embodiments

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messanordnung 1 mit einem ersten Prüfanschluss 11 und einem zweiten Prüfanschluss 12 zu sehen. An den ersten Prüfanschluss 11 ist ein erster Prüfbatteriepol 21 und an den zweiten Prüfanschluss 12 ein zweiter Prüfbatteriepol 22 einer Prüfbatterie 2 angeschlossen. In 1 ist außerdem eine Spannungserfassungseinrichtung 16 mit einer Spannungsmesseinheit 161 und einer Kompensationsspannungsquelle 162 zu sehen. In 1 is an embodiment of a measuring arrangement according to the invention 1 with a first test connection 11 and a second test port 12 to see. To the first test connection 11 is a first battery test pole 21 and to the second test port 12 a second battery check pole 22 a test battery 2 connected. In 1 is also a voltage detection device 16 with a voltage measuring unit 161 and a compensation voltage source 162 to see.

Die Kompensationsspannungsquelle 162 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Batterie mit einem ersten Pol 1621 und einem zweiten Pol 1622 ausgebildet. Der erste Pol 1621 der Kompensationsspannungsquelle 162 ist dabei über die Masse und den ersten Prüfanschluss 11 mit dem ersten Prüfbatteriepol 21 verbunden. Der zweite Pol 1622 der Kompensationsspannungsquelle 162 ist hingegen mit dem ersten Messanschluss 1611 der Spannungsmesseinheit 161 verbunden, deren zweiter Messanschluss 1612 wiederum über den zweiten Prüfanschluss 12 mit dem zweiten Prüfbatteriepol 22 verbunden ist. The compensation voltage source 162 is in the in 1 illustrated embodiment as a battery having a first pole 1621 and a second pole 1622 educated. The first pole 1621 the compensation voltage source 162 is on the ground and the first test port 11 with the first test battery pole 21 connected. The second pole 1622 the compensation voltage source 162 is on the other hand with the first measuring connection 1611 the voltage measuring unit 161 connected, the second measuring connection 1612 again via the second test connection 12 with the second test battery terminal 22 connected is.

Die in 1 dargestellte Messanordnung 1 weist neben der Schaltungsanordnung 10 eine Temperiereinheit 3 und eine Kompensationstemperiereinheit 4 auf. Die Temperiereinheit 3 und die Kompensationstemperiereinheit 4 sind dabei mit einer nicht dargestellten Entropieermittlungseinheit verbunden, die die Temperatur der Prüfbatterie 2 über die Temperiereinheit 3 und die Temperatur der Kompensationsspannungsquelle 162 über die Kompensationstemperiereinheit 4 einstellen kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wurde die Prüfbatterie 2 und die Kompensationsspannungsquelle 162 von der Entropieermittlungseinheit zunächst auf eine erste Temperatur eingestellt. Im Anschluss wurde der Schalter 163 geschlossen, sodass an der Kompensationsspannungsquelle 162 eine der Leerlaufspannung der Prüfbatterie 2 entsprechende Spannung anlag. In the 1 illustrated measuring arrangement 1 indicates next to the circuit arrangement 10 a tempering unit 3 and a compensation temperature control unit 4 on. The temperature control unit 3 and the compensation temperature control unit 4 are connected to an entropy detection unit, not shown, the temperature of the test battery 2 via the temperature control unit 3 and the temperature of the compensation voltage source 162 via the compensation temperature control unit 4 can adjust. In the embodiment shown, the test battery 2 and the compensation voltage source 162 set by the Entropieermittlungseinheit first to a first temperature. Following was the switch 163 closed so that at the compensation voltage source 162 one of the open circuit voltage of the test battery 2 appropriate voltage applied.

Anschließend wurde die Gesamtkapazität der Prüfbatterie 2 und der Kompensationsspannungsquelle 162 mittels der an den Prüfbatteriepolen 21, 22 über die Prüfanschlüsse 11, 12 angeschlossenen und mit der Entropieermittlungseinheit verbundenen Ladungssteuereinheit 5 bestimmt, indem die Prüfbatterie 2 und die Kompensationsspannungsquelle 162 zunächst vollständig geladen und dann wieder entladen wurden. Die Gesamtkapazität der Prüfbatterie 2 und der Kompensationsspannungsquelle 162 ermittelte die Ladungssteuereinheit 5 dabei aus einem Stromverlauf, den die Ladungssteuereinheit 5 während der Entladung aufgenommen hat. Subsequently, the total capacity of the test battery 2 and the compensation voltage source 162 by means of the at the test battery poles 21 . 22 via the test connections 11 . 12 connected and connected to the Entropieermittlungseinheit charge control unit 5 determined by the test battery 2 and the compensation voltage source 162 first fully charged and then discharged again. The total capacity of the test battery 2 and the compensation voltage source 162 determined the charge control unit 5 doing so from a current flow, the charge control unit 5 while discharging.

Nach Ermittlung der Gesamtkapazität hat die Ladungssteuereinheit 5 die Prüfbatterie 2 und die Kompensationsspannungsquelle 162 auf einen bestimmten, gemeinsamen Ladungszustand eingestellt, indem sie den entsprechenden prozentualen Anteil der aus dem aufgenommen Stromverlaufs bestimmten, maximal speicherbaren Ladungsmenge wieder auf die Prüfbatterie 2 und die Kompensationsspannungsquelle 162 übertragen hat. Hierfür hat die Ladungssteuereinheit zunächst einen Ladungsstromverlauf für die zu übertragende Ladungsmenge berechnet und dann einen entsprechenden Ladungsstrom angelegt. After determining the total capacity has the charge control unit 5 the test battery 2 and the compensation voltage source 162 set to a specific, common charge state by the corresponding percentage of the determined from the recorded current waveform, the maximum storable charge back to the test battery 2 and the compensation voltage source 162 has transferred. For this purpose, the charge control unit has first calculated a charge current profile for the amount of charge to be transferred and then applied a corresponding charge current.

In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde der Schalter 163 anschließend wieder geöffnet und eine erste Prüfspannung mittels der Spannungserfassungseinrichtung 16 erfasst. Hierbei betrug die zwischen den Messanschlüssen 1611, 1612 anliegende Spannung exakt Null, da die zwischen den Prüfanschlüssen 11, 12 anliegende Leerlaufspannung U_OCV1 exakt der zwischen den Polen 1621, 1622 der Kompensationsspannungsquelle 162 anliegenden Spannung entsprach. In the in 1 shown embodiment, the switch 163 subsequently opened again and a first test voltage by means of the voltage detection device 16 detected. This was between the measuring connections 1611 . 1612 voltage applied exactly zero, as between the test terminals 11 . 12 applied no-load voltage U _OCV1 exactly that between the poles 1621 . 1622 the compensation voltage source 162 applied voltage corresponded.

In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Entropieermittlungseinheit die von der Spannungsmesseinheit 161 gemessenen Spannungen und die von der Ladungssteuereinheit 5 eingestellten Ladungszustände zugeführt. Nachdem der Entropieermittlungseinheit die von der Spannungsmesseinheit 161 bei der ersten eingestellten Temperatur der Prüfbatterie 2 gemessene Spannung übermittelt wurde, stellt sie mittels der Temperiereinheit 3 die Prüfbatterie 2 auf eine zweite Temperatur ein, wobei sie die Temperatur der Kompensationsspannungsquelle 162 über die Kompensationstemperiereinheit 4 konstant bei der ersten eingestellten Temperatur hält. In the in 1 illustrated embodiment, the Entropieermittlungseinheit are of the voltage measuring unit 161 measured voltages and those of the charge control unit 5 fed set charge states. After the entropy detection unit that of the voltage measuring unit 161 at the first set temperature of the test battery 2 measured voltage is transmitted, it sets by means of the temperature control unit 3 the test battery 2 to a second temperature, where it is the temperature of the compensation voltage source 162 via the compensation temperature control unit 4 constant at the first set temperature.

Durch die Temperaturänderung der Prüfbatterie 2 liegt, wie in 1 zu sehen, zwischen den Prüfanschlüssen 11, 12 eine im Vergleich zur Leerlaufspannung U_OCV1 um den von der Temperaturänderung abhängigen Anteil U* veränderte Leerlaufspannung an. Der Anteil U* kann mit hoher Genauigkeit von der Spannungsmesseinheit 161 gemessen werden, da die insgesamt von der Spannungserfassungseinrichtung 16 erfasste zweite Prüfspannung um den temperaturunabhängigen Gleichanteil U_OCV1 kompensiert wird. By the temperature change of the test battery 2 lies, as in 1 to see, between the test connections 11 . 12 a in comparison to the open-circuit voltage U _OCV1 to the dependent on the temperature change portion U * changed open circuit voltage. The proportion U * can with high accuracy of the voltage measuring unit 161 be measured, as the total of the voltage detection device 16 detected second test voltage is compensated for the temperature-independent _DC component U _OCV1 .

Die Entropieermittlungseinheit berechnet im Anschluss aus den bei der ersten und zweiten Temperatur der Prüfbatterie mittels der Spannungsmesseinheit 161 gemessenen Spannungen die differentielle Entropie der Prüfbatterie 2 für den von der Ladungssteuereinheit 5 eingestellten gemeinsamen Ladungszustand von Prüfbatterie 2 und Kompensationsspannungsquelle 162. Anschließend wird die differenzielle Entropie der Prüfbatterie 2 für weitere gemeinsame Ladungszustände von Prüfbatterie 2 und Kompensationsspannungsquelle 162 ermittelt. Hierbei stellt der Entropieermittlungseinheit zunächst die Prüfbatterie 2 wieder auf die erste Temperatur und über die Ladungssteuereinheit 5 auf einen neuen gemeinsamen Ladungszustand für die Prüfbatterie 2 und die Kompensationsspannungsquelle 162 ein, wobei der hierfür eingesetzte Ladungsstromverlauf auf Basis der bereits bekannten Gesamtkapazität von Prüfbatterie 2 und Kompensationsspannungsquelle 162 von der Ladungssteuereinheit berechnet wird. The entropy determination unit subsequently calculates from the at the first and second temperatures of the test battery by means of the voltage measuring unit 161 measured voltages the differential entropy of the test battery 2 for the charge controller 5 set common charge state of test battery 2 and compensation voltage source 162 , Subsequently, the differential entropy of the test battery 2 for further common charge states of test battery 2 and compensation voltage source 162 determined. In this case, the entropy determination unit initially sets the test battery 2 back to the first temperature and via the charge control unit 5 to a new common charge state for the test battery 2 and the compensation voltage source 162 a, wherein the charge current profile used for this purpose based on the already known total capacity of test battery 2 and compensation voltage source 162 is calculated by the charge control unit.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messanordnung 1, bei dem die Kompensationsspannungsquelle 162 als Digital-Analog-Wandler ausgebildet ist, wodurch die von der Kompensationsspannungsquelle 162 gelieferte Gleichspannung entsprechend einstellbar ist. 2 shows a further embodiment of a measuring arrangement according to the invention 1 in which the compensation voltage source 162 is designed as a digital-to-analog converter, whereby the compensation of the voltage source 162 supplied DC voltage is adjustable accordingly.

In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die von der Kompensationsspannungsquelle 162 gelieferte Spannung exakt auf die bei der ersten Temperatur zwischen den Prüfanschlüssen 11 und 12 anliegende Leerlaufspannung U_OCV1 der Prüfbatterie eingestellt. Hierdurch kann, wie bereits in der Beschreibung zu 1 erläutert, der von der Temperaturänderung abhängige Anteil U* der an der Spannungserfassungseinrichtung 16 erfassten Prüfspannungen mit hoher Genauigkeit von der Spannungsmesseinheit 161 gemessen und an eine nicht dargestellte Entropieermittlungseinheit übermittelt werden. Der Entropieermittlungseinheit sind zusätzlich die von der Temperiereinheit 3 eingestellten Prüfbatterietemperaturen sowie ein von der Ladungssteuereinheit 5 eingestellter Ladungszustand der Prüfbatterie 2 zugeführt. Aus den ihr zugeführten Werten berechnet die Entropieermittlungseinheit für den eingestellten Ladungszustand die entsprechende differentielle Entropie der Prüfbatterie 2. In the in 2 the embodiment shown is that of the compensation voltage source 162 supplied voltage exactly at the at the first temperature between the test terminals 11 and 12 applied open-circuit voltage U _OCV1 the test battery set. As a result, as already in the description too 1 explains the dependent on the temperature change portion U * at the voltage detection device 16 detected test voltages with high accuracy of the voltage measuring unit 161 measured and transmitted to an unrepresented Entropieermittlungseinheit. The Entropieermittlungseinheit are also those of the temperature control unit 3 set test battery temperatures and one of the charge control unit 5 set charge state of the test battery 2 fed. From the values supplied to it, the entropy determination unit calculates the corresponding differential entropy of the test battery for the set charge state 2 ,

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention One skilled in the art is given a wide range of variations in the light of the disclosure herein.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Messanordnung measuring arrangement
2 2: Prüfbatterie test battery
3 3: Temperiereinheit temperature control
4 4: Kompensationstemperiereinheit Kompensationstemperiereinheit
5 5: Ladungssteuereinheit Charge control unit
10 10: Schaltungsanordnung circuitry
11 11: erster Prüfungsanschluss first test connection
12 12: zweiter Prüfungsanschluss second test connection
16 16: Spannungserfassungseinrichtung Voltage detector
21 21: erster Prüfbatteriepol first test battery pole
22 22: zweiter Prüfbatteriepol second test battery pole
161 161: Spannungsmesseinheit Voltage measuring unit
1611 1611: erster Messanschluss der Spannungsmesseinheit first measuring connection of the voltage measuring unit
1612 1612: zweiter Messanschluss der Spannungsmesseinheit second measuring terminal of the voltage measuring unit
162 162: Kompensationsspannungsquelle Compensation voltage source
1621 1621: erster Pol der Kompensationsspannungsquelle first pole of the compensation voltage source
1622 1622: zweiter Pol der Kompensationsspannungsquelle second pole of the compensation voltage source
163 163: Schalter switch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2013/0271089 A1 [0003]

Claims

Method for determining the differential entropy of a test battery with a first test battery pole ( 21 ) first polarity and a second test battery pole ( 22 second polarity, comprising the steps of: a) setting a first temperature of the test battery ( 2 ), by means of a temperature control unit ( 3 ), b) detecting between the test battery poles ( 21 . 22 ), by means of a test battery-Poland ( 21 . 22 ) connected voltage detection device ( 16 ), c) setting a second temperature of the test battery ( 2 ), by means of the temperature control unit ( 3 ), d) detecting a between the test battery poles ( 21 . 22 ) applied second test voltage by means of the voltage detection device ( 16 ), e) calculating the differential entropy of the test battery ( 2 ) by comparing the test voltages detected at the respectively set temperatures, characterized in that the voltage detection device ( 16 ) - a voltage measuring unit ( 161 ) for measuring one between two measuring terminals ( 1611 . 1612 ) of the voltage measuring unit ( 161 ) voltage and - a series to the voltage measuring unit ( 161 ), a DC voltage supplying compensation voltage source ( 162 ) with a first pole ( 1621 ) of the first polarity and a second pole ( 1622 ) of the second polarity, the first pole ( 1621 ) of the compensation voltage source ( 162 ) with the first test battery pole ( 21 ), the second pole ( 1622 ) of the compensation voltage source ( 162 ) with the first measuring connection ( 1611 ) and the second measuring port ( 1612 ) with the second test battery pole ( 22 ) is connected so that when detecting the test voltages whose temperature-independent component by the DC voltage of the compensation voltage source ( 162 ) is at least partially compensated.

A method according to claim 1, characterized in that the steps c to d are repeated for different second temperatures and the corresponding respectively applied, second test voltages by means of the voltage detection device ( 16 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation voltage source ( 162 ) is designed as a controllable DC voltage source and for supplying a DC voltage which, within a predetermined tolerance, is equal to the open-circuit voltage of the test battery ( 2 ) is controlled.

A method according to claim 3, characterized in that between steps a and b, the following steps are carried out: aa) determining a capacity of the test battery ( 2 ) by means of a test battery pole ( 21 . 22 ) connected charge control unit ( 5 ), bb) Setting the test battery ( 2 ) to a certain state of charge, by means of the charge control unit ( 5 ).

Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the compensation voltage source ( 162 ) comprises a battery or a capacitor and the voltage detection device ( 16 ) further a voltage measuring unit ( 161 ) bridging switch ( 163 ), which is first closed and then reopened between steps a and b.

A method according to claim 5, characterized in that between steps a and b, the following steps are carried out: aa) determining a total capacity of the test battery ( 2 ) and compensation voltage source ( 162 ) by means of a test battery pole ( 21 . 22 ) connected charge control unit ( 5 ), bb) Setting the test battery ( 2 ) and the compensation voltage source ( 162 ) to a certain, common charge state, by means of the charge control unit ( 5 ), the switch ( 163 ) is closed immediately after step a and immediately before step b is opened again.

Method according to Claim 4 or 6, characterized by its multiple iteration for determining the differential entropy for different charge states of the test battery ( 2 ), wherein a different predetermined state of charge is set in each process run and step aa is omitted on each occasion except the first process cycle.

Measuring arrangement ( 1 ) for determining the differential entropy of a test battery ( 2 ) with a first test battery pole ( 21 ) first polarity and a second test battery pole ( 22 ) of the second polarity, comprising the following components: - a tempering unit ( 3 ), by means of which the temperature of the test battery ( 2 ) is adjustable in the connected state to a predetermined temperature, and - a circuit arrangement ( 10 ), comprising, - a first test connection ( 11 ) for connecting the first test battery pole ( 21 ) and a second test connection ( 12 ) for connecting the second test battery pole ( 22 ) A voltage measuring unit ( 161 ) for measuring one between two measuring terminals ( 1611 . 1612 ) of the voltage measuring unit ( 161 ) voltage, - a series to the voltage measuring unit ( 161 ), a DC voltage supplying compensation voltage source ( 162 ) with a first pole ( 1621 ) of the first polarity and a second pole ( 1622 ) of the second polarity, the first pole ( 1621 ) of the compensation voltage source ( 162 ) with the first test connection ( 11 ), the second pole ( 1622 ) of the compensation voltage source ( 162 ) with the first measuring connection ( 1611 ) and the second measuring port ( 1612 ) with the second test connection ( 12 ) connected is.

Measuring arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation voltage source ( 162 ) is designed as a controllable DC voltage source.

Measuring arrangement ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the compensation voltage source ( 162 ) comprises a capacitor and / or a battery.

Measuring arrangement ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the circuit arrangement ( 16 ) a voltage measuring unit ( 161 ) bridging switch ( 163 ) having.

Measuring arrangement ( 1 ) according to one of claims 10 to 11, characterized in that the measuring arrangement ( 1 ) one the temperature of the compensation voltage source ( 162 ) Constant-holding Kompensationstemperiereinheit ( 4 ) having.