DE102022119166A9 - Test- und Diagnosevorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Test- und Diagnosevorrichtung für eine elektrochemische Speicher-Zelle, wie sie in einem Hochvolt-Energiespeicher einsetzbar ist.Um eine verbesserte Test- und Diagnosevorrichtung für eine elektrische Speicherzelle zu erschließen, wird vorgeschlagen, dass die Test- und Diagnosevorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, dass aus der Gruppe* Kraft-Wegregelung* Temperaturregelung und* geregeltes Laden/Entladenmindestens zwei Anregungen auf eine Speicherzelle (2) gleichzeitig einwirken und Reaktionen der Speicherzelle (2) erfasst werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Test- und Diagnosevorrichtung für eine elektrochemische Speicherzelle, im weiteren als Speicherzelle bezeichnet, wie sie in einem Hochvolt-Energiespeicher einsetzbar ist.
  • Aus dem Stand der Technik sind diverse Ansätze für Verfahren und Vorrichtungen für Tests und Diagnosen an einzelnen elektrischen Speicherzellen bekannt. Derartige Tests und Diagnosen werden in aller Regel durchgeführt, bevor eine derartige Speicherzelle mit zahlreichen gleichartigen Zellen in einem Hochvolt-Energiespeicher zum Einsatz kommt, oder um einen Zustand einer gebrauchten Zelle oder auch eines Moduls aus miteinander verschalteten Zellen zu überprüfen. Gerade die heute sehr weit verbreiteten Lithium-Ionen Zellen weisen unterschiedliche mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften auf, die vorab möglichst exakt zu erfassen sind. Zu diesen Eigenschaften zählen u.a. das sog. swelling bzw. eine Dicken-Schwankung der Zelle, Gasbildung, Änderung des Innenwiderstands, Materialalterung sowie weitere Eigenschaften. Dazu exemplarisch einige Beispiele
    • - mechanischer Stress führt zu erhöhter Alterung,
    • - E-Modul verändert sich in Abhängigkeit von einem Ladezustand SoC, einem generellen Zustand bzw. Alterungszustand einer Zelle SoH nach Maßgabe einer Restkapazität der Zelle sowie einer aktuell herrschenden Temperatur,
    • - Alterung beeinflusst Gasbildung und Schichtdickenwachstum an den Elektroden, wodurch ein Innendruck in der Zelle entsteht, der sich als Dicken-Zuwachs der Zelle bemerkbar macht.
  • Zur Messung dieser Eigenschaften gibt es heute folgende Möglichkeiten:
    1. 1. Zug-Druck Prüfmaschine für mechanische Messungen, z.B. Fa. Zwick unter Auswertung z.B. mittels der Software Test-Xpert;
    2. 2. elektrische Zellprüfstände mit Klimakammer für elektrische Messungen;
    3. 3. spezielle Prüfvorrichtungen für die Messung von Eigenschaften wie bspw. die Kraftentwicklung durch swelling bei elektrischer Zyklisierung einer elektrischen Speicherzelle.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Test- und Diagnosevorrichtung für eine elektrische Speicherzelle zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Test- und Diagnosevorrichtung dazu ausgebildet ist, dass aus der Gruppe von Anregungen in der Form von
    • • Kraft-Wegregelung
    • • Temperaturregelung und
    • • Geregeltes Laden/Entladen

    mindestens zwei der Anregungen auf eine Speicherzelle gleichzeitig einwirken und Reaktionen der Speicherzelle messtechnisch erfasst werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich Effekte unterschiedlicher Regelungen gegenseitig beeinflussen und damit nicht nur separat, sondern auch als gekoppelte Anregung einer Speicherzelle betrachtet bzw. gemessen und ausgewertet werden müssen. In Vorrichtungen nach dem Stand der Technik können diese Eigenschaften hingegen nur separat, sukzessiv oder iterativ ermittelt werden, weshalb derartige Zusammenhänge entweder nicht oder gar falsch ermittelt werden.
  • Beispielsweise können durch am Markt verfügbare Testvorrichtungen mechanische Kennwerte in einem Zug-Druck-Prüfstand aus Sicherheitsgründen nur mit Dummy-Zellen ermittelt werden. Dieser Ansatz schließt u.a. die Einflüsse durch eine elektrische Be- und Entladung und ein damit einhergehendes Schichtdickenwachstum prinzipiell aus. In thermo-elektrischen Zell-Prüfständen ist keine Kraft-Weg Regelung möglich, sondern nur eine zuvor definierte mechanische Vorspannung. Kombinierte Tests mit mehreren Anregungen sind nach aktuellem Stand der Technik nicht darstellbar. Eine erfindungsgemäße Diagnosevorrichtung verfügt also über mehrdimensionale Anregungs- und Messmöglichkeiten zur Darstellung gekoppelter Eigenschaften einer Speicherzelle.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Demnach ist in einer erfindungsgemäßen Test- und Diagnosevorrichtung für eine Kraft-Wegregelung ein Servo-Prüfzylinder einer hydraulischen Presse vorgesehen, der mit einer zentralen Steuerung für eine exakte Krafteinleitung in die Speicherzelle ausgebildet ist. Dieser Prüfzylinder arbeitet vorteilhafterweise mit hoher Genauigkeit und verfügt vorzugsweise zusätzlich über eine optische Wegmessung bzw. Messung einer Wegänderung.
  • In Weiterbildungen verfügt eine erfindungsgemäße Test- und Diagnosevorrichtung als Mittel für eine Temperaturregelung über eine von einem Kühlmittel durchflossene Temperierungsplatte mit einer Temperier-Einheit. Die Druckplatte ist als Bestandteil der hydraulischen Presse vorzugsweise in direktem Kontakt mit der Speicherzelle angeordnet. Über das Kühlmittel ist ein messbarer Wärmestrom zwischen der Speicherzelle und der Temperierungsplatte einstellbar.
  • Vorzugsweise ist eine mit der Speicherzelle elektrisch verbundene regelbare elektronische Quelle/Senke zum gezielten Laden/Entladen der Speicherzelle vorgesehen. Damit sind alle in der Praxis auftretenden Betriebszustände experimentell simulierbar. Gemäß einer wesentlichen Weiterbildung sind Federkontakte für eine elektrische Kontaktierung der Speicherzelle in einem Haltebereich der Test- und Diagnosevorrichtung vorgesehen. Federkontakte stellen eine sichere elektrische Verbindung bei Toleranzausgleich her und können jederzeit auch wieder leicht und schnell gelöst werden, um eine elektrische Kontaktierung sicher zu beenden, insbesondere in einem Gefahrenfall, wie z.B. einem Thermal-event.
  • In einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung ist in der Test- und Diagnosevorrichtung ein Sicherheitsbehälter mit Löschmittel zur Not-Kühlung der Speicherzelle vorgesehen. Diese Schutzeinrichtung ist als Sicherheitsmaßnahme insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn sich die Speicherzelle in einem sog. Thermal-event befindet, oder eine derartige thermische Selbstzerstörung der Speicherzelle droht. Vorzugsweise ist der Sicherheitsbehälter mit Löschmittel in Fallrichtung der Speicherzelle unterhalb eines Haltebereichs der Speicherzelle bzw. einer Haltevorrichtung innerhalb der Test- und Diagnosevorrichtung positioniert. Vorteilhafterweise ist der Sicherheitsbehälter mit Löschmittel durch eine abdichtende Falltür gegenüber dem Haltebereich der Speicherzelle verschlossen. Damit ist der Sicherheitsbehälter mit Löschmittel in einem regulären Betrieb stets sicher gegenüber einer restlichen Test- und Diagnosevorrichtung abgeschlossen, so dass sich auch ein Löschmittelgehalt einer Atmosphäre innerhalb der Test- und Diagnosevorrichtung stets in einem vorgegebenen Bereich bewegt.
  • In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist eine erfindungsgemäße Test- und Diagnosevorrichtung ein Schutzgehäuse in Form eines Sicherheitsschranks auf. Dieser Schrank weist eine erhöhte Druck- sowie Temperaturstabilität und/oder Feuerfestigkeit auf und schirmt eine Umgebung auch gegenüber thermischer Abstrahlung der Speicherzelle ab. Vorzugsweise umschließt der Schrank im Wesentlichen nur einen Haltebereich um eine Speicherzelle herum.
  • Vorstehend ist damit eine Test- und Diagnosevorrichtung mit einer Sicherheitsmechanik beschrieben worden, die einen kombinierten Batteriezellen-Prüfstand für simultane elektrische, thermische und/oder mechanische Experimente an einer Speicherzelle bildet.
  • Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
    • 1: eine Test- und Diagnosevorrichtung für eine Speicherzelle eines Hochvolt-Energiespeichers in einer perspektivischen Darstellung bei geöffnetem Schutzgehäuse;
    • 2: die Ansicht der Test- und Diagnosevorrichtung von 1 ganz ohne Schutzgehäuse;
    • 3: eine Vergrößerung der Ansicht von 2 um eine Aufnahme für eine Speicherzelle herum;
    • 4: eine Seitenansicht zu 3;
    • 5: eine Ansicht der Aufnahme für eine Speicherzelle nach 3 von oben und
    • 6: Rück-Ansicht der Aufnahme für eine Speicherzelle für einen Hochvolt-Energiespeicher .
  • Über die verschiedenen Abbildungen der Zeichnung hinweg werden für gleiche Elemente oder Verfahrensschritte stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ohne Beschränkung der Erfindung wird nachfolgend nur ein Einsatz einer Diagnosevorrichtung zur Beprobung einer einzigen elementaren elektrochemischen Speicherzelle in prismatischer Bauform als kleinsten Bestandteil eines Batteriemoduls oder eines Hochvolt-Batteriespeichers dargestellt und beschrieben. Es ist aber für den Fachmann offensichtlich, dass in gleicher Weise auch eine Anpassung auf beliebig ausgeformte elektrochemische Speicherzellen oder gar Packs aus Speicherzellen möglich ist, also vor allem eine bauliche Anpassung an zylindrische Speicherzellen und unterschiedliche Durchmesser und Bauhöhen.
  • 1 zeigt eine Test- und Diagnosevorrichtung 1 für einen Hochvolt-Energiespeicher in einer perspektivischen Darstellung. Diese Test- und Diagnosevorrichtung 1 ist in der nachfolgend beschriebenen Weise dazu ausgebildet, dass aus der Gruppe
    • • Kraft-Wegregelung
    • • Temperaturregelung und
    • • geregeltes Laden/Entladen

    jede Reaktion, die durch gleichzeitig mindestens zwei der genannten auf eine Speicherzelle eines Hochvolt-Energiespeichers einwirkenden Anregungen hervorgerufen wird, messtechnisch erfassbar ist. Da sich Effekte unterschiedlicher in vorbestimmter Weise geregelter Anregungen gegenseitig beeinflussen, können diese nicht separat gemessen werden, sondern müssen als gekoppelte Anregungen einer elektrischen Speicherzelle 2 gemessen und ausgewertet werden.
  • Die Test- und Diagnosevorrichtung 1 weist ein Schutzgehäuse 3 in Form eines Sicherheitsschranks mit einer erhöhten Feuerfestigkeit und Druck- sowie Temperaturstabilität auf und schirmt die Speicherzelle 2 auch gegenüber thermischer Abstrahlung ab. Das Schutzgehäuse 3 umschließt als Schrank im Wesentlichen nur einen Haltebereich 4 um eine Speicherzelle 2 mit Zugänglichkeit über einen nicht weiter dargestellten verschließbaren Zugang beispielsweise in Form einer Tür herum, der eine mechanische Aufnahme und Fixierung für die Speicherzelle 2 bildet. Dadurch werden wesentliche Teile der gesamten Test- und Diagnosevorrichtung 1 gegen etwaige aus der Speicherzelle 2 austretende Gase und auch im Fall eines sog. Thermal-events der Speicherzelle 2 sicher geschützt.
  • Für mechanische Experimente an der Speicherzelle 2 werden von einer hydraulischen Presse 5 in Form eines Servo-Prüfzylinders ausgehend Kräfte F durch das Schutzgehäuse 3 hindurch über zueinander parallel geführte Druckplatten 6 in dem Haltebereich 4 auf eine Speicherzelle 2 ausgeübt. Über zusätzliche Weg-Sensoren 7 werden Wegänderungen Δs, wie sie z.B. durch swelling durch die Speicherzelle 2 verursacht werden, sehr präzise gemessen, wie auch eine mögliche Verkippung der Druckplatten 6 gegeneinander. Mechanische Gerüste 8 garantieren eine hohe mechanische Steifigkeit der Test- und Diagnosevorrichtung 1 und neben einer sicheren Standfestigkeit u.a. der mechanischen Aufnahme der Speicherzelle 2 in dem Haltebereich 4 auch eine hohe Genauigkeit der Messung u.a. einer Wegänderung Δs. Das Schutzgehäuse 3 macht den Einsatz getrennter mechanischer Gerüste 8 für die hydraulische Presse 5 sowie innerhalb des Schutzgehäuses 3 für die Umgebung des Haltebereichs 4 um die Speicherzelle 2 herum erforderlich.
  • Die Speicherzelle 2 ist innerhalb des Schutzgehäuses 3 in der Aufnahme 4 zwischen zwei Druckplatten 6 fixiert und wird in diesem Haltebereich neben einer vorstehend beschriebenen präzise einstellbaren mechanischen Belastung durch eine elektrische Strom- und Spannungsversorgung zugleich unterschiedlichen elektrischen Betriebszuständen unterworfen. Die Strom- und Spannungsversorgung stellt regelbare elektronische Quellen/Senken zum gezielten Laden/Entladen der Speicherzelle 2 durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung U und eines Stromes I dar, so dass in der Test- und Diagnosevorrichtung 1 alle in der Praxis auftretenden elektrischen Betriebszustände der Speicherzelle 2 simulierbar sind. Für eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der Speicherzelle 2 sind in dem Haltebereich 4 Federkontakte 9 für die jeweiligen Anschlusspole der Speicherzelle 2 vorgesehen.
  • Das Schutzgehäuse 3 stellt durch Kapselung eines unmittelbaren Gefahrenbereichs um die Speicherzelle 2 in dem Haltebereich 4 herum in Form eines Sicherheitsschranks beispielsweise der Brandschutzklasse F90 eine wesentliche Sicherheitseinrichtung dar. Damit ist eine Erprobung und Testung einer Speicherzelle 2 bis in extreme Betriebszustände und höchste Beanspruchungen bis in einen Thermal-event hinein sicher möglich. Eine optische Überwachung oder gar Videoüberwachung der Speicherzelle 2 in dem Haltebereich 4 ist z.B. durch ein Sichtfenster des Schutzgehäuse 3 zudem jederzeit möglich. Zugleich ist eine Steuereinheit 10 mit allen wesentlichen und gegen eine mögliche Zerstörung im Zuge eines Thermal-events innerhalb des Schutzgehäuses 3 zu schützenden Komponenten extern in einen Bereich der hydraulischen Presse 5 hin aus dem Schutzgehäuse 3 heraus verlagert, wie z.B. auch eine Kraftmess-Dose 11 im direkten Kraftzug der hydraulischen Presse 5. Die Steuereinheit 10 umfasst daher neben einer Messwerterfassung und Auswertung mit ausfallsicherer Speicherung sowie Schnittstellen zur weiteren Verarbeitung nach außen hin eine zentrale frei programmierbare Steuerung der hydraulischen Presse 5 sowie eine Strom- und Spannungsversorgung der regelbaren elektronischen Quelle oder Senke zum gezielten Laden oder Entladen der Speicherzelle 2.
  • Ferner ist simultan zu mindestens einem der genannten externen Belastungen ein thermischer Zustand der Speicherzelle 2 in der Test- und Diagnosevorrichtung 1 einstellbar. Dazu ist durch Regelung eines Wärmestroms
    Figure DE102022119166A9_0001
    in dem Haltebereich 4 eine Temperatur ϑ der Speicherzelle 2 einstellbar. Als Mittel für diese Temperaturregelung sind an benachbarten Innenseiten der Druckplatten 6 im Haltebereich 4 von einem Kühlmittel durchflossene Temperierungsplatten 12 vorgesehen und mit einer externen Temperier-Einheit verbunden, die in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls in der Steuereinheit 10 angeordnet ist.
  • Die Kühlmittel-durchflossene Druckplatten 6 der hydraulischen Presse 5 werden direkt auch zur Temperierung der Speicherzelle 2 als Prüfling genutzt. Die Temperierungsplatten 12 sind in einem Temperaturbereich von ca. -20°C bis etwa +60°C einstellbar. Parallel werden in einem nicht weiter dargestellten Ausführungsbeispiel auch elektrische Thermoelemente als zusätzliche Messstellen für eine Temperaturüberwachung direkt an der Speicherzelle 2 verwendet. Die Druckplatten 6 sind über eine thermische Isolierung flächig mit den Temperierungsplatten 12 verbunden, die in direktem oberflächlichen Kontakt mit der Speicherzelle 2 stehen. Das Material der thermischen Isolierung ist druckfest mit hoher Steifigkeit bei guter thermischer Isolierung und ermöglicht eine bessere thermische Trennung gegenüber den Druckplatten 6. Dadurch wird die Temperaturregelung effizienter und Temperaturänderungen können schneller auf die Speicherzelle 2 als Prüfling übertragen werden, da so eine Wärmekapazität und mithin die thermische Trägheit beim Einstellen einer Soll-Temperatur -C in der Speicherzelle 2 so gering als möglich gehalten wird. Des Weiteren wird hierdurch die Temperaturregelung effizienter, und es können höhere Temperatur-Gradienten gefahren werden. Über ein durch Kanäle in den Temperierungsplatten 12 fließendes Kühlmittel ist ein messbarer Wärmestrom
    Figure DE102022119166A9_0002
    zwischen der Speicherzelle 2 und den Temperierungsplatten 12 und damit auch eine Temperatur ϑ in der Speicherzelle 2 einstellbar. Von mechanischen und/oder elektrischen Experimenten mit der Speicherzelle 2 unabhängig sind damit auch zeitlich parallel Untersuchungen eines Temperaturverhaltens der zu testenden Speicherzelle 2 durchführbar.
  • 2 stellt die Ansicht der Test- und Diagnosevorrichtung 1 von 1 ganz ohne Schutzgehäuse 3 dar. Für die Sicherheit des Personals, des Umfelds bis hin zu dem Gebäude, in dem die Test- und Diagnosevorrichtung 1 betrieben wird, wie auch der Test- und Diagnosevorrichtung 1 selber werden Grenzwerte für Temperaturen, Kräfte, Ströme, Spannungen, Rauchbildung und aus Messsignalen abgeleitete Größen, wie ein Innenwiderstand Ri der zu testenden Speicherzelle 2 oder auch ein Batteriezustand SOH und ein Ladezustand SOC laufend überwacht und protokolliert. In einem Bedarfs- oder Gefahrenfall wird die zu testenden Speicherzelle 2 innerhalb der Test- und Diagnosevorrichtung 1 in einen sicheren Zustand überführt. Hierzu ist für einen Extremfall ein Sicherheitsbehälter 13 mit Löschmittel in Fallrichtung der Speicherzelle 2 unter der Haltevorrichtung bzw. mechanischen Aufnahme im Haltebereich 4 positioniert. Der Sicherheitsbehälter 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel als mit Wasser gefüllter Trog ausgeführt. Dieser Trog ist in dem mechanischen Gerüst 8 innerhalb des Schutzgehäuses 3 aufgehängt und durch eine hier nicht erkennbare abdichtende Falltür 14 gegenüber dem Haltebereich 4 der Speicherzelle 2 verschlossen. Ein unbeabsichtigtes Verdunsten von Löschmittel ist damit ebenso ausgeschlossen, wie eine Erhöhung eines Löschmittel - Gehalts der Atmosphäre im Haltebereich 4. Ferner ist eine nicht weiter dargestellte Nebel- und/oder Schaumlöschanlage innerhalb des Schutzgehäuses 3 vorgesehen, sowie eine integrierte Absaugung bei Zellentgasung bzw. sonstigen Auffälligkeiten der Speicherzelle 2 während einer laufenden Test- oder Diagnoseroutine.
  • 3 zeigt eine Vergrößerung der Ansicht von 2 um eine Aufnahme 4 für eine Speicherzelle 2 herum. Hierin ist einer von insgesamt drei laser-optischen Wegsensoren 7 zwischen den Druckplatten 6 der hydraulischen Presse 5 zur Messung räumlicher Änderungen Δs der Speicherzelle 2 als Prüfling und zur Feststellung etwaiger Verkippungen der Druckplatten 6 gegeneinander zu sehen. Das gesamte System um die hydraulische Presse 5 herum weist eine hohe mechanische Steifigkeit auf, nicht nur das in einem direkten Kraftfluss liegende Verspann-System in Kontakt mit der Speicherzelle 2. Die mit einer Druckplatte 6 als Gegenplatte parallel geführte Druckplatte 6 sichert diese mechanische Messvorrichtung mit zahlreichen Versteifungswinkeln in dem mechanischen Gerüst 8 gegen jede die Messungen verfälschende Maschinenverformung bzw. Verformung des mechanischen Gerüsts 8.
  • 4 stellt eine Seitenansicht zu 3 dar und zeigt die zur elektrischen Kontaktierung linear auf Anschlüsse der Speicherzelle 2 absenkbaren Federkontakte 9. Die durch ein Fluid temperierbare Temperierungsplatte 12 der Druckplatten 6 der hydraulischen Presse 5 ist mit der dazwischen gehaltenen Speicherzelle 2 sichtbar. Am unteren Bildrand schließt sich der Sicherheitsbehälter 13 mit Löschmittel an, in das die Speicherzelle 2 z.B. im Fall eines thermal Eventsevents durch leichtes Öffnen der hydraulischen Presse 5 bei automatischem Lösen der Federkontakte 9 bei sofortiger Unterbrechung einer elektrischen Strom- Spannungsversorgung überführt wird. Der Sicherheitsbehälter 13 mit Löschmittel ist in Fallrichtung der Speicherzelle 2 unter einer Haltevorrichtung im Haltebereich 4 positioniert.
  • 5 zeigt eine Ansicht der Aufnahme für eine Speicherzelle von oben her zur Darstellung eines Linearantriebs zum definierten Absenken und Anpressen der Federkontakte 9 auf der Speicherzelle 2 zu deren sicheren und zugleich leicht und zuverlässig lösbaren Kontaktierung. Nach gleichem Muster können ohne weitere zeichnerische Darstellung auch mehrere Quellen/Senken voneinander unabhängig zur Bestromung auch mehrerer Speicherzellen 2 genützt werden, oder eine Speicherzelle 2 wird mit hohen Be- und Entladeraten zur Realisierung bestimmter C-Raten in der Test- und Diagnosevorrichtung 1 in vorbestimmter Weise belastet.
  • 6 stellt ergänzend zu der Ansicht von 2 eine Rück-Ansicht der Aufnahme 4 für eine Speicherzelle 2 für einen Hochvolt-Energiespeicher dar. Hier sind zwei weitere laser-optischen Wegsensoren 7 zwischen den Druckplatten 6 der hydraulischen Presse 5 sichtbar, die gemeinsam eine Drei-Punkt-Auflage bilden. Diese Anordnung dreier Wegsensoren 7 wird neben einer präzisen Feststellung einer Wegänderung Δs zur Feststellung etwaiger Verkippungen der Druckplatten 6 gegeneinander genutzt.
  • In vereinfachter Darstellung sind hier die drei Arten der miteinander auch simultan an die Speicherzelle 2 anlegbaren mechanischen Belastungen durch eine Dickenänderung Δs und eine angreifende Kraft F oder einen Flächendruck p, die elektrischen Einflussgrößen Spannung U und Strom I sowie die thermischen Belastungen durch Wärmestrom
    Figure DE102022119166A9_0003
    und Temperatur ϑ angedeutet.
  • Eine Test- und Diagnosevorrichtung 1 der vorstehend beschriebenen Art weist damit als Besonderheit u.a. die Möglichkeit der fortlaufenden Vergabe eines jeweils eindeutigen Zeitstempels für alle Messsignale unter Synchronisation aller physikalischen Daten einer Speicherzelle 2 bei der Protokollierung und Speicherung auf. Umfangreiche Teste einer neuen Speicherzelle 2 sind damit genauso durchführbar, wie eine umfassende Diagnose einer Speicherzelle 2, die sich bereits in einem Einsatz befunden hat. Insgesamt sind damit in einer Test- und Diagnosevorrichtung 1 frei programmierbare Prüfabläufe und jeweilige mechanische, thermische und/oder elektrische Prüflasten zur Automatisierung der Messung durchführbar, und das sicher sowie exakt wiederholbar.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Test- und Diagnosevorrichtung
    2
    Speicherzelle
    3
    Schutzgehäuse / Sicherheitsschrank
    4
    Haltebereich / mechanische Aufnahme der Speicherzelle 2
    5
    hydraulische Presse
    6
    Druckplatte, mit einer Gegenplatte parallel geführt
    7
    Weg-Sensor
    8
    mechanisches Gerüst
    9
    Federkontakt
    10
    externe, zentrale und frei programmierbare Steuereinheit mit Messwerterfassung und Auswertung mit Speicherung
    11
    Kraftmess-Dose
    12
    Temperierungsplatte
    13
    Sicherheitsbehälter mit Löschmittel/Wassertrog
    14
    abdichtende Falltür
    F
    Kraft
    Δs
    Wegänderung
    Wärmestrom
    ϑ
    Temperatur
    U
    elektrische Spannung
    I
    elektrischer Strom

Claims (10)

  1. Test- und Diagnosevorrichtung für eine elektrochemische Speicher-Zelle, wie sie in einem Hochvolt-Energiespeicher einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Test- und Diagnosevorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, dass aus der Gruppe externer Anregungen * Kraft-Wegregelung * Temperaturregelung und * geregeltes Laden/Entladen mindestens zwei Anregungen auf die Speicherzelle (2) gleichzeitig einwirken und Reaktionen der Speicherzelle (2) messtechnisch erfasst werden.
  2. Test- und Diagnosevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Kraft-Wegregelung eine hydraulische Presse (5) vorgesehen ist, insbesondere mit einem Servo-Prüfzylinder, die durch eine zentrale und frei programmierbare Steuerung für eine exakte Krafteinleitung in die Speicherzelle (2) versehen ist.
  3. Test- und Diagnosevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Presse (5) mit hoher Genauigkeit arbeitet und zusätzlich über eine optische Wegmessung und/oder Regelung einer Wegänderung (Δs) verfügt, insbesondere in Form dreier in einer Dreipunkt-Lagerung angeordneter Weg-Sensoren (7).
  4. Test- und Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Temperaturregelung eine von einem Kühlmittel durchflossene und thermisch gegenüber der Druckplatte (6) isolierte Temperierungsplatte (12) mit einer Temperier-Einheit in direktem Kontakt mit der Speicherzelle (2) vorgesehen ist.
  5. Test- und Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Speicherzelle (2) elektrisch verbundene regelbare elektronische Quelle/Senke zum gezielten Laden/Entladen der Speicherzelle (2) vorgesehen ist.
  6. Test- und Diagnosevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Federkontakte (8) für eine elektrische Kontaktierung der Speicherzelle (2) in einem Haltebereich (4) mit der regelbaren elektronischen Quelle/Senke vorgesehen sind.
  7. Test- und Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitsbehälter mit Löschmittel (11) zur Not-Kühlung der Speicherzelle (2) vorgesehen ist, insbesondere ein Wasserbad.
  8. Test- und Diagnosevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, das der Sicherheitsbehälter mit Löschmittel (11) in Fallrichtung der Speicherzelle (2) unter einer Haltevorrichtung im Haltebereich (4) positioniert ist.
  9. Test- und Diagnosevorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Sicherheitsbehälter mit Löschmittel (11) vorzugsweise als Trog durch eine abdichtende Falltür (12) gegenüber dem Haltebereich (4) der Speicherzelle (2) verschlossen ist.
  10. Test- und Diagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Test- und Diagnosevorrichtung (1) ein Schutzgehäuse (3), insbesondere in Form einer Sicherheitseinhausung aufweist, das sich durch eine erhöhte Druck- sowie Temperaturstabilität und/oder Feuerfestigkeit auszeichnet und auch gegenüber thermischer Strahlung abschirmt, wobei dieses Schutzgehäuse (3) vorzugsweise im Wesentlichen nur einen Haltebereich (4) um eine Speicherzelle (2) herum umschließt.
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