Beuth Hochschule für Technik Berlin

Forschungsgruppe mechatronische Systeme
 
Lithium Ionen Zellprüfstand
Lithium Ionen Zellprüfstand
Kontaktiereinheit
Temperiereinheit

Promo Video

Get the Flash Player to see this player.

Zellprüfstand

Als Energiespeicher dient dem Beuth-E-Mobil ein Batteriepaket aus 22 Einzelpaketen. Im Laufe des Entwurfs des Beuth-E-Mobiles hat sich bewahrheitet, dass man viel zu wenige Erkenntnisse über Lithium-Ionen Zellen besitzt um sie unbedenklich in das Elektrofahrzeug zu integrieren. Um mehr Erkenntnisse über diese Zellen und deren Verhalten bei Lade- und Entladevorgängen zu erhalten, wird in der Forschungsgruppe an einem Zellprüfstand gearbeitet.

Zellen für Elektrofahrzeuge müssen aufgrund der gegebenen Qualitätsanforderungen zuverlässig in der Leistungsabgabe sein und das auch für eine gewisse Zeit garantieren können. Dazu bedarf es einer Qualitätsuntersuchung der Zellen. Eine der zahlreichen Möglichkeiten elektrische Zellen zu testen besteht in der Impedanzspektroskopie. Hierbei wird das frequenzabhängige elektrische Verhalten der Zelle untersucht. Hierzu wird eine einzelne Zelle mittels einer Konstantstromquelle mit Strom durchflossen. Der durch die Zelle fließende Strom führt zu einem Spannungsabfall über der Zelle. Dieser Spannungsabfall hat dabei eine zeitliche Verschiebung zum Stromverlauf bzw. die Amplitude der Zellspannung steht in einem bestimmten Verhältnis zur Stromamplitude. Aus diesen beiden Werten ergibt sich ein frequenzabhängiges Verhalten (die Impedanz der Zelle). Um dieses Verhalten auswerten zu können bedient man sich eines Modells nach „Chen und Rincón-Mora“.

Modell nach Chen und Rincón-Mora

Aus diesem Modell ergeben sich Modellparameter. Und genau diese Parameter können dazu genutzt werden um qualitativ entscheiden zu können ob die Zelle den Anforderungen entspricht (durch SOLL/IST Vergleich).
Eine entsprechende Temperiereinheit ermöglicht es, die Zellen zusätzlich temperaturabhängig vermessen zu können, bzw. während der Messungen die Temperatur der Zelle konstant zu halten. Dieses führt dazu, dass jede Zelle in verschiedenen States of Charges (SOC)  frequenz- und temperaturabhängig vermessen werden kann. Da in Zellpaketen viele dieser Zellen zum Einsatz kommen, war es wichtig den Zellprüfstand zu automatisieren um die Zellen einzeln vermessen zu können. Hierzu dient ein Förderband, welches nach er- folgreicher Messung den Zellen-Stack ein Fach weiter schiebt, nachdem die bereits vermessene Zelle wieder in den Stack zurückgeführt wurde. Ein Greifer sorgt dafür, dass die Zelle aus dem Stack der Messeinheit zugeführt wird. Dort erfolgen die automatische Kontaktierung und die Stabilisierung der Zelle auf das ausgewählte Temperaturniveau. Anschließend kann die Zelle in vordefinierten Temperatur- und SOC-Niveaus frequenzabhängig vermessen werden. Die daraus gewonnen Modellparameter dienen zum Vergleich der Soll/Ist-Werte.
Die Herausforderungen in der Auslegung und Konstruktion dieses Prüfstanden sind u.a. die erforderliche Messgenauigkeit, die EMV-Schirmung (elektromagnetische Verträglichkeit), die Automatisierung und die Kontrolle der großen Prüfströme in den Griff zu bekommen.

 

Datenblatt des Zellprüfstandes

Eigenschaft Einheit
Spannungsbereich 0V - 8V
Strombereich 0A - 30A
Frequenzbereich 1mHz - 1kHz
Temperaturbereich -3°C - 60°C

 

Wie in allen Bereichen wird auch an dem Zellprüfstand weiter geforscht. In Zukunft soll der Zellprüfstand Temperaturen bis -20°C erreichen, was zurzeit auf Grund des zu geringen Leistungsbereichs der verwendeten Pelltierelemente nicht möglich ist. Auch der Strombereich soll auf bis zu 200 A ausgeweitet werden.

Stand: 15.09.14Seite ausdrucken Zum Seitenanfang