DE102012214804A1

DE102012214804A1 - Method for determining quality information of battery cell i.e. rechargeable lithium ion battery cell, for e.g. wind-power plant, involves comparing one of battery cells in response to periodic change of current with change in current

Info

Publication number: DE102012214804A1
Application number: DE201210214804
Authority: DE
Inventors: Holger Fink
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2014-02-27

Abstract

The method involves periodically changing charging current (A) and/or discharge current (E). One of battery cells in response to the periodic change of the charging current and/or of the discharge current for generating a voltage signal (U) is compared with change in the charging current and/or the discharge current for determining quality information. Periodic change currents (A',E') are hormonically formed and the charging current and/or the discharge current are superimposed. The quality information is determined from the voltage signal and the periodic change currents. An independent claim is also included for a device for determining quality information of a battery cell.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle, bei dem der Batteriezelle ein Aufladestrom zugeleitet und ein Entladestrom entnommen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle, mit einer einen Aufladestrom für die Batteriezelle bereitstellenden Stromquelle und einer einen Entladestrom von der Batteriezelle ableitenden Stromsenke.The present invention relates to a method for determining quality information of a battery cell, in which a charging current is supplied to the battery cell and a discharge current is removed. Furthermore, the invention relates to a device for determining quality information of a battery cell, with a charging current for the battery cell providing power source and a discharge current from the battery cell dissipating current sink.

Stand der TechnikState of the art

Verfahren und Vorrichtungen zum Ermitteln von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle, bei denen durch Aufladen der Batteriezelle mit dem Aufladestrom und Entladen der Batteriezelle durch Entnahme des Entladestroms Qualitätsinformationen der Batteriezelle bestimmt werden, sind allgemein bekannt. Beispielsweise durch Durchführung vollständiger Auf- und Entladezyklen kann als Qualitätsinformation die Kapazität der Batteriezelle ermittelt werden. Um weitere Qualitätsinformationen der Batteriezelle bestimmen zu können, muss die Batteriezelle vor oder nach dem vollständigen Auf- und Entladezyklus weiter vermessen werden. Diese zusätzlichen Messungen sind zeitaufwendig und erhöhen die Fertigungskosten der Batteriezelle wesentlich. Methods and apparatus for determining quality information of a battery cell in which quality information of the battery cell are determined by charging the battery cell with the charging current and discharging the battery cell by removing the discharge current, are well known. For example, by carrying out complete charging and discharging cycles, the capacity of the battery cell can be determined as quality information. In order to be able to determine further quality information of the battery cell, the battery cell must be measured further before or after the complete charging and discharging cycle. These additional measurements are time consuming and substantially increase the manufacturing costs of the battery cell.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Ermitteln von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle bereitgestellt, bei dem der Aufladestrom und/oder der Entladestrom periodisch geändert und ein von der Batteriezelle in Reaktion auf die periodische Änderung des Aufladestroms und/oder des Entladestroms erzeugtes Spannungssignal mit der Änderung des Aufladestroms und/oder des Entladestroms zum Ermitteln der Qualitätsinformationen verglichen wird. Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Ermittlung von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle bereitgestellt, die eine Stromänderungseinrichtung, mit der der Aufladestrom und/oder der Entladestrom periodisch änderbar ist, einen Spannungssensor zur zeitaufgelösten Ermittlung eines Spannungssignals der Batteriezelle und eine Vergleichseinrichtung (9), die eingangsseitig Signal übertragend mit der Stromänderungseinrichtung (6) und dem Spannungssensor (8) verbunden ist und die im Betrieb ein für die Qualitätsinformationen repräsentatives Qualitätssignal (Q) ausgibt, aufweist.According to the invention, a method is provided for determining quality information of a battery cell in which the charging current and / or the discharge current is changed periodically and a voltage signal generated by the battery cell in response to the periodic change of the charging current and / or the discharging current with the change of the charging current and / or the discharge current for determining the quality information is compared. Furthermore, according to the invention, a device for ascertaining quality information of a battery cell is provided which has a current changing device with which the charging current and / or the discharge current can be periodically changed, a voltage sensor for the time-resolved determination of a voltage signal of the battery cell and a comparison device ( 9 ), the input side signal transmitting with the current changing means ( 6 ) and the voltage sensor ( 8th ) and which in operation outputs a quality signal (Q) representative of the quality information.

Die periodische Änderung des Aufladestroms und/oder des Entladestroms erlaubt die Bestimmung weiterer Qualitätsinformationen der Batteriezelle, ohne andere Messungen, beispielsweise die Bestimmung der Batteriezellenkapazität, nennenswert zu beeinträchtigen. Dabei können die weiteren Qualitätsinformationen gleichzeitig mit der Kapazität ermittelt werden. Weitere vor- oder nachgeschaltete Messungen zur Bestimmung der weiteren Qualitätsinformationen können daher entfallen, so dass die Testdauer der Batteriezelle deutlich verkürzt wird. The periodic change of the charging current and / or the discharge current allows the determination of further quality information of the battery cell without significantly affecting other measurements, for example the determination of the battery cell capacity. The further quality information can be determined simultaneously with the capacity. Further upstream or downstream measurements for determining the further quality information can therefore be omitted, so that the test duration of the battery cell is significantly shortened.

Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile wird im Folgenden eingegangen. The solution according to the invention can be further improved by various configurations which are advantageous in each case and can be combined with one another as desired. These embodiments and the advantages associated with them will be discussed below.

So kann die periodische Stromänderung harmonisch und insbesondere als eine harmonische Schwingung des Auf- und/oder Entladestroms ausgebildet sein. Harmonisch ausgebildete Stromänderungen haben wohl definierte Eigenschaften und insbesondere Frequenzen sowie Phasenlagen, die zur Bestimmung der Qualitätsinformationen verwendet werden können. Die Stromänderung ist beispielsweise sinusförmig. Die periodische Stromänderung kann dem Aufladestrom und/oder dem Entladestrom überlagert sein, was sich schaltungstechnisch beispielsweise durch die Stromänderungseinrichtung einfach realisieren lässt. Insbesondere kann die Stromänderungseinrichtung ausgebildet sein, den Auflade- und/oder Entladestrom mit einer Frequenz zwischen 0,1 kHz und 1 MHz und beispielsweise mit 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 kHz zu ändern. Die Stromänderungseinrichtung kann der Stromquelle und/oder der Stromsenke nachgeschaltet oder jeweils in die Stromquelle und/oder die Stromsenke integriert sein. Thus, the periodic current change can be formed harmonically and in particular as a harmonic oscillation of the charging and / or discharging. Harmoniously formed current changes have well-defined properties and in particular frequencies and phase angles that can be used to determine the quality information. The current change is, for example, sinusoidal. The periodic current change can be superimposed on the charging current and / or the discharge current, which can be implemented in a simple manner, for example, by the current changing device. In particular, the current changing device can be designed to change the charging and / or discharging current with a frequency between 0.1 kHz and 1 MHz and, for example, with 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 or 90 kHz. The current changing device can be connected downstream of the current source and / or the current sink or in each case integrated into the current source and / or the current sink.

Um die anderen Messungen und insbesondere die Kapazitätsmessung nicht unnötig zu beeinträchtigen, kann die Amplitude der periodischen Stromänderung klein im Vergleich zur Amplitude des Aufladestroms und/oder des Entladestroms sein. Der Aufladestrom und/oder der Entladestrom ist insbesondere als ein Gleichstrom von mehreren 10 A Stärke ausgebildet, wobei die Amplitude der Stromänderung um eine, zwei oder drei Größenordnungen, also um einen Faktor 10, 100 oder 1000, kleiner sein kann als der Gleichstrom. Der Gleichstromanteil des geänderten Aufladestroms kann beispielsweise mehrere 10 A, also zwischen 10 A und 90 A betragen. Die Amplitude des Wechselstromanteils, also der periodischen Stromänderung, liegt vorzugsweise bei 0,1 A. In order not to unnecessarily affect the other measurements, and in particular the capacitance measurement, the amplitude of the periodic current change may be small compared to the amplitude of the charging current and / or the discharging current. The charging current and / or the discharging current is designed in particular as a direct current of several 10 A strength, wherein the amplitude of the current change by one, two or three orders of magnitude, ie by a factor of 10, 100 or 1000, may be smaller than the direct current. The DC component of the modified charging current can be, for example, several 10 A, ie between 10 A and 90 A. The amplitude of the alternating current component, ie the periodic current change, is preferably 0.1 A.

Die anderen Messungen und insbesondere die Messung der Batteriezellenkapazität können im Rahmen einer Formierung der Batteriezelle durchgeführt werden. Zur Formierung der Batteriezelle kann diese wiederholt mit dem Aufladestrom und dem Entladestrom vollständig auf- und entladen werden. Solche Entladezyklen können mehrere Minuten bis einige Stunden dauern. Der vollständige Formierungsprozess kann bis zu 10 oder sogar bis zu 14 Tagen oder länger dauern, beispielsweise wenn eine große Energiezelle mit einer Kapazität von 60 Ah formiert werden soll. Bei der Formierung wird die Batteriezelle vordefiniert gealtert. Im Vergleich zum Auf- und Entladezyklus kann die Frequenz der Stromänderung deutlich höher und beispielsweise zwischen 0,1 kHz und 1 MHz betragen. Insbesondere kann die Frequenz der Stromänderung mehrere 10 kHz und beispielsweise 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 kHz betragen. Mit einer derart hochfrequenten Stromänderung wird die Kapazitätsmessung und auch der Formierungsprozess höchstens minimal beeinträchtigt und es können die Qualität der Batteriezelle womöglich beeinträchtigende Eigenschaften der Batteriezelle gleichzeitig ermittelt werden. The other measurements and in particular the measurement of the battery cell capacity can be carried out as part of a formation of the battery cell. To form the battery cell, it can be repeatedly charged and discharged repeatedly with the charging current and the discharge current. Such discharge cycles can take several minutes to a few hours. The complete forming process can last up to 10 or even up to 14 days or longer, for example, when a large energy cell with a capacity of 60 Ah is to be formed. When forming the battery cell is predefined aged. In comparison to the charging and discharging cycle, the frequency of the current change can be significantly higher, for example between 0.1 kHz and 1 MHz. In particular, the frequency of the current change may be several 10 kHz and for example 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 or 90 kHz. With such a high-frequency current change, the capacitance measurement and also the formation process is at most minimally impaired and the quality of the battery cell can possibly be determined simultaneously affecting properties of the battery cell.

Zur Ermittlung der Qualitätsinformationen wird vorzugsweise ein von der Batteriezelle in Reaktion auf die periodische Stromänderung erzeugtes Spannungssignal mit der Stromänderung verglichen. Hierzu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung den Spannungssensor zur zeitaufgelösten Ermittlung eines Spannungssignals der Batteriezelle aufweisen. Wird der Batteriezelle der periodisch geänderte Aufladestrom hinzugeführt oder periodisch geändert der Entladestrom entnommen, kann gleichzeitig eine an Anschlusskontakten der Batteriezelle anliegende Spannung als Spannungssignal gemessen werden. To determine the quality information, a voltage signal generated by the battery cell in response to the periodic current change is preferably compared with the current change. For this purpose, the device according to the invention may comprise the voltage sensor for the time-resolved determination of a voltage signal of the battery cell. If the periodically changed charging current is added to the battery cell or the discharge current is removed periodically, a voltage applied to terminal contacts of the battery cell can be measured as a voltage signal at the same time.

Die gleichzeitige Bestimmung des Spannungssignals und der Stromänderung und ein Vergleichen des Spannungssignals und der Stromänderung miteinander erfordert höchstens einen geringen Aufwand, so dass sich hierdurch Fertigungskosten der Batteriezelle nicht nennenswert erhöhen. Auch wird keine zusätzliche Testzeit benötigt. The simultaneous determination of the voltage signal and the current change and a comparison of the voltage signal and the current change with each other requires at most a small effort, so that this does not increase significantly manufacturing costs of the battery cell. Also, no additional test time is needed.

Aufgrund physikalischer Eigenschaften der Batteriezelle können sich das Spannungssignal und die Stromänderung voneinander unterscheiden. Nicht nur die absoluten Amplitudenwerte des Spannungssignals und der Stromänderung können durch die Eigenschaften der Batteriezelle beeinflusst werden. Vor allem aus unterschiedlichen Phasenlagen des Spannungssignals im Vergleich zur Stromänderung kann die Qualitätsinformation ermittelt werden. Due to physical characteristics of the battery cell, the voltage signal and the current change may differ from each other. Not only the absolute amplitude values of the voltage signal and the current change can be influenced by the characteristics of the battery cell. Especially from different phase angles of the voltage signal in comparison to the current change, the quality information can be determined.

Beispielsweise kann als Qualitätsinformation der komplexe Innenwiderstand der Batteriezelle ermittelt werden. Der komplexe Innenwiderstand der Batteriezelle erlaubt unter anderem eine Aussage über eine Ausfallwahrscheinlichkeit der Batteriezelle durch interne Kurzschlüsse. Ein verfrühter Ausfall durch einen innerhalb der Batteriezelle entstandenen Kurzschluss kann nicht nur den Betrieb der Batteriezelle, sondern vielmehr auch die Sicherheit des Nutzers der Batteriezelle beeinträchtigen, da Kurzschlüsse zu Bränden führen können. For example, as a quality information, the complex internal resistance of the battery cell can be determined. The complex internal resistance of the battery cell allows, inter alia, a statement about a probability of failure of the battery cell due to internal short circuits. A premature failure due to a short circuit occurring within the battery cell can affect not only the operation of the battery cell, but also the safety of the user of the battery cell, as short circuits can lead to fires.

Zur Ermittlung der Qualitätsinformation kann die Vorrichtung die Vergleichseinrichtung aufweisen, die eingangsseitig Signal übertragend mit der Stromänderungseinrichtung und dem Spannungsmesser verbunden ist, und die im Betrieb ein für die Qualitätsinformationen repräsentatives Qualitätssignal ausgibt. Das Qualitätssignal ist zum Beispiel repräsentativ für den komplexen Innenwiderstand der Batteriezelle. In order to determine the quality information, the device may comprise the comparison device, which is connected on the input side to transmit signals to the current change device and the voltmeter, and outputs a quality signal representative of the quality information during operation. For example, the quality signal is representative of the complex internal resistance of the battery cell.

Insbesondere werden die Qualitätsinformationen mittels Impedanzspektroskopie ermittelt, wobei die Impedanzspektroskopie insbesondere während des Formatierungsvorgangs bei unterschiedlichen Ladezuständen und/oder Temperaturen der Batteriezelle durchgeführt werden kann. Dies spart nicht nur Testzeit für die Durchführung der Impedanzspektroskopie. Dadurch, dass die Impedanzspektroskopie bei unterschiedlichen Zuständen der Batteriezelle durchgeführt wird, können die Qualitätsinformationen umfassend für viele oder alle Betriebszustände der Batteriezelle ermittelt werden. In particular, the quality information is determined by means of impedance spectroscopy, wherein the impedance spectroscopy can be carried out in particular during the formatting process at different states of charge and / or temperatures of the battery cell. This not only saves testing time for performing impedance spectroscopy. Characterized in that the impedance spectroscopy is performed at different states of the battery cell, the quality information can be comprehensively determined for many or all operating states of the battery cell.

Die Qualitätsinformationen können mit der jeweiligen Batteriezelle assoziiert gespeichert werden, um die Rückverfolgbarkeit der Batteriezelle zu verbessern. The quality information may be stored associated with the respective battery cell to improve the traceability of the battery cell.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung getesteten Batteriezellen sind vorzugsweise wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batteriezellen. Die Batteriezellen können Teil von Batterien oder Batteriesystemen sein, die zur Speicherung von elektrischer Energie, zum Beispiel von einer oder für eine Windkraftanlage, oder zum Betrieb eines wenigstens teilweise oder vollständig elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, verwendet werden.The battery cells tested with the method according to the invention or the device according to the invention are preferably rechargeable lithium-ion battery cells. The battery cells may be part of batteries or battery systems used to store electrical energy, for example from or for a wind turbine, or to operate an at least partially or fully electrically powered motor vehicle.

Zeichnungendrawings

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsbeispiele können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde. In the following the invention will be explained by way of example with reference to exemplary embodiments with reference to the drawings. The different features of the embodiments can be combined independently of each other, as already explained in the individual advantageous embodiments.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle, 1 a schematic representation of an embodiment of the inventive device for determining quality information of a battery cell,

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels erfindungsgemäßer Auf- und Entladeströme, und 2 a schematic representation of an embodiment of inventive charging and discharging, and

3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle als Ablaufdiagramm. 3 a schematic representation of an embodiment of the method according to the invention for determining quality information of a battery cell as a flowchart.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Zunächst sind Aufbau und Funktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben. First, the structure and function of a device according to the invention for determining quality information of a battery cell with reference to the embodiment of 1 described.

1 zeigt die Vorrichtung 1 mit einer einen Aufladestrom A für die Batteriezelle im Betrieb bereitstellenden Stromquelle 2. Alternativ oder zusätzlich zur Stromquelle 2 kann die Vorrichtung 1 eine Stromsenke 3 aufweisen, mit der ein Entladestrom E im Betrieb aus der Batteriezelle entnehmbar und von der Batteriezelle ableitbar ist. Zum Verbinden der Batteriezelle mit der Stromquelle 2 und/oder der Stromsenke 3 kann die Vorrichtung 1 zwei Anschlusskontakte 4, 5 zum Anschließen der Batteriezelle aufweisen. Die Anschlusskontakte 4, 5 sind Strom leitend mit der Stromquelle 2 und/oder der Stromsenke 3 verbunden. 1 shows the device 1 with a current source providing a charging current A for the battery cell during operation 2 , Alternatively or in addition to the power source 2 can the device 1 a current sink 3 have, with a discharge current E in operation from the battery cell can be removed and derived from the battery cell. To connect the battery cell to the power source 2 and / or the current sink 3 can the device 1 two connection contacts 4 . 5 have for connecting the battery cell. The connection contacts 4 . 5 are current conducting with the power source 2 and / or the current sink 3 connected.

Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Vorrichtung 1 nur mit zwei Anschlusskontakten 4, 5 ausgebildet. Die Vorrichtung 1 kann jedoch auch mehr als zwei Anschlusskontakte 4, 5 aufweisen, so dass mehr als eine Batteriezelle an die Vorrichtung 1 anschließbar ist. Ferner kann die Vorrichtung 1 mehr als eine Stromquelle 2 und/oder mehr als eine Stromsenke 3 umfassen. Insbesondere kann die Vorrichtung 1 je anschließbarer Batteriezelle eine Stromquelle 2 und/oder eine Stromsenke 3 beziehungsweise zwei Anschlusskontakte 4, 5 aufweisen. Darüber hinaus kann die Funktion der Stromquelle 2 und der Stromsenke 3 in einer Lade-/Entladeeinrichtung ausgebildet sein.In the embodiment of 1 is the device 1 only with two connection contacts 4 . 5 educated. The device 1 However, it can also have more than two connection contacts 4 . 5 have, so that more than one battery cell to the device 1 is connectable. Furthermore, the device 1 more than one power source 2 and / or more than one sink 3 include. In particular, the device can 1 each connectable battery cell a power source 2 and / or a current sink 3 or two connection contacts 4 . 5 exhibit. In addition, the function of the power source 2 and the current sink 3 be formed in a loading / unloading device.

Entlang eines Strompfades zwischen der Stromquelle 2 beziehungsweise der Stromsenke 3 und den Anschlusskontakten 4, 5 ist eine Stromänderungseinrichtung 6 angeordnet, mit der der Aufladestrom A und/oder der Entladestrom E periodisch änderbar ist. Die Stromänderungseinrichtung 6 kann separat von der Stromquelle 2 und/oder der Stromsenke 3 ausgebildet sein. Alternativ kann die Stromänderungseinrichtung 6 Teil jeweils der Stromquelle 2 und/oder der Stromsenke 3 sein. Insbesondere kann sowohl die Stromquelle 2 als auch die Stromsenke 3 eine Stromänderungseinrichtung 6 aufweisen. Along a current path between the power source 2 or the current sink 3 and the connection contacts 4 . 5 is a current changing device 6 arranged, with the charging current A and / or the discharge current E is periodically changed. The current changing device 6 can be separate from the power source 2 and / or the current sink 3 be educated. Alternatively, the current changing device 6 Each part of the power source 2 and / or the current sink 3 be. In particular, both the power source 2 as well as the current sink 3 a current changing device 6 exhibit.

Die Stromquelle 2 kann im Betrieb den Aufladestrom A über eine Aufladeleitung 7 ausgeben. Über die Aufladeleitung 7 kann der Aufladestrom A zur Stromänderungseinrichtung 6 fließen. Der zur Stromänderungseinrichtung 6 fließende Aufladestrom A ist bevorzugt ein konstanter elektrischer Strom, mit dem die Batteriezelle schnell aufgeladen werden kann. Beispielsweise kann der Aufladestrom A mehrere 10 A betragen. In der Stromänderungseinrichtung 6 wird die Amplitude des Aufladestroms A periodisch geändert. Die Amplitude der periodischen Stromänderung A’ kann dabei kleiner sein als die Amplitude des Aufladestroms A. Beispielsweise kann die Amplitude der periodischen Stromänderung kleiner als 1 A, beispielsweise 500 mA, und insbesondere 250 mA beziehungsweise 100 mA oder weniger betragen. Der durch die Stromänderungseinrichtung 6 periodisch geänderte und an den Anschlusskontakt 4 geleitete Aufladestrom A umfasst die Stromänderung A’. The power source 2 In operation, the charging current A via a charging line 7 output. About the charging line 7 For example, the charging current A may be the current changing device 6 flow. The to the current change device 6 flowing charging current A is preferably a constant electric current, with which the battery cell can be charged quickly. For example, the charging current A may be more than 10A. In the power changing device 6 the amplitude of the charging current A is changed periodically. The amplitude of the periodic current change A 'may be smaller than the amplitude of the charging current A. For example, the amplitude of the periodic current change may be less than 1 A, for example 500 mA, and in particular 250 mA or 100 mA or less. The by the current change device 6 periodically changed and to the connection contact 4 guided charging current A includes the current change A '.

Soll die Batteriezelle entladen werden, so wird ihr über die Anschlusskontakte 4, 5 der Entladestrom E entnommen und über eine Entladeleitung 7’ der Stromsenke 3 zugeführt. Der Entladestrom E kann wie der Aufladestrom A im Wesentlichen ein Gleichstrom sein, dessen Höhe der Höhe des Aufladestroms A entsprechen kann. Wird der Entladestrom E über die Stromänderungseinrichtung 6 der Stromsenke 3 entnommen, so kann auch der Entladestrom E eine periodisch geänderte Amplitude aufweisen, wobei die periodische Stromänderung E’ des Entladestroms E wie die Stromänderung A’ des Aufladestroms A ausgeformt sein kann. If the battery cell is to be discharged, it will be via the connection contacts 4 . 5 taken from the discharge E and a discharge line 7 ' the current sink 3 fed. Like the charging current A, the discharging current E can essentially be a direct current whose height can correspond to the magnitude of the charging current A. If the discharge current E via the current changing means 6 the current sink 3 taken, so the discharge current E may have a periodically changed amplitude, wherein the periodic current change E 'of the discharge current E as the current change A' of the charging current A may be formed.

Die Vorrichtung 1 kann ausgebildet sein, der Batteriezelle abwechselnd den Aufladestrom A zuzuführen und den Entladestrom E zu entnehmen. Insbesondere kann der Batteriezelle der Aufladestrom A so lange zugeführt werden, bis die Batteriezelle vollständig aufgeladen ist. Der vollständig aufgeladenen Batteriezelle kann der Entladestrom E so lange entnommen werden, bis die Batteriezelle vollständig entladen ist. Die Zustände „vollständig aufgeladen“ und „vollständig entladen“ sind beispielsweise durch zulässige maximale bzw. minimale Batteriezellenspannungen definiert. Anhand der Strommengen an hinzugefügtem Aufladestrom A und entnommenem Entladestrom E kann beispielsweise als eine Qualitätsinformation die Kapazität der Batteriezelle ermittelt werden. Neben der Ermittlung der Kapazität der Batteriezelle wird die Batteriezelle gleichzeitig durch wiederholtes Hinzufügen des Aufladestroms A und Entnehmen des Entladestroms E formiert. Dieser Formierungsprozess ist bei der Inbetriebnahme der Batteriezelle notwendig. The device 1 can be configured to supply the battery cell alternately the charging current A and remove the discharge current E. In particular, the charging cell A can be supplied to the battery cell until the battery cell is fully charged. The fully charged battery cell, the discharge current E can be removed until the battery cell is completely discharged. The states "fully charged" and "fully discharged" are defined, for example, by permissible maximum and minimum battery cell voltages. On the basis of the amounts of electricity added charging current A and discharged discharge E, for example, the capacity of the battery cell can be determined as a quality information. In addition to determining the capacity of the battery cell, the battery cell is simultaneously formed by repeatedly adding the charging current A and removing the discharge current E. This forming process is necessary when commissioning the battery cell.

Während des Formierungsprozesses kann zwar die Kapazität der Batteriezelle bestimmt werden. Die vergleichsweise kleinen und periodisch, insbesondere harmonisch und beispielsweise sinusförmig ausgestalteten Stromänderungen A’, E’ beeinflussen dabei weder die Kapazitätsmessung noch die Formierung wesentlich. While the capacity of the battery cell can be determined during the forming process. The comparatively small and periodically, in particular harmonically and, for example, sinusoidally designed current changes A ', E' do not affect the capacitance measurement nor the formation significantly.

Andere Parameter, wie etwa der Innenwiderstand der Batteriezelle, sind mit konstanten Aufladeströmen A oder Entladeströmen E jedoch nicht zu ermitteln. Werden dem Aufladestrom A bzw. dem Entladestrom E jedoch die periodischen Stromänderungen A’, E’ überlagert, so kann die Reaktion der Batteriezelle auf diesen hinzugefügten Wechselstromanteil verwendet werden, um weitere Qualitätsinformationen, beispielsweise den komplexen Innenwiderstand der Batteriezelle, zu bestimmen. Other parameters, such as the internal resistance of the battery cell, are constant Charging currents A or discharge currents E but not to determine. However, if the charging current A or the discharging current E are superimposed by the periodic current changes A ', E', the reaction of the battery cell to this added alternating current component can be used to determine further quality information, for example the complex internal resistance of the battery cell.

In Reaktion auf die Stromänderung A’, E’ kann sich eine im Betrieb an den Anschlusskontakten 4, 5 anliegende Batteriezellenspannung V beispielsweise periodisch, harmonisch oder gar sinusförmig ändern. Die Art der Änderung hängt dabei von den Stromänderungen A’, E’ und beispielsweise physikalischen Eigenschaften der Batteriezelle ab. In response to the current change A ', E' may be a in operation at the connection contacts 4 . 5 adjacent battery cell voltage V, for example, change periodically, harmonically or even sinusoidally. The type of change depends on the current changes A ', E' and, for example, physical properties of the battery cell.

Zur Bestimmung der Qualitätsinformationen kann ein auf der Batteriezellenspannung V beruhendes Spannungssignal U, das insbesondere Änderungen der Batteriezellenspannung V repräsentiert, bestimmt und mit der Stromänderung verglichen werden. Zur Bestimmung des Spannungssignals U kann die Vorrichtung 1 einen Spannungssensor 8 aufweisen. Der Spannungssensor 8 kann mit den Anschlusskontakten 4, 5 spannungsübertragend verbunden sein, so dass die an Kontaktelementen der Batteriezelle anliegende elektrische Spannung V als Spannungssignal U vom Spannungssensor 8 ermittelt bzw. gemessen ausgegeben werden kann. Der Spannungssensor 8 kann die Spannung V alternativ messen und das für die Spannung V beziehungsweise für dessen zeitliche Änderung repräsentative Spannungssignal V ausgeben. Der Spannungssensor 8 kann die Spannung V bevorzugt zeitlich aufgelöst ermitteln, so dass er insbesondere die Amplitudenhöhe und die Phasenlage der Spannung V ermitteln kann. For determining the quality information, a voltage signal U based on the battery cell voltage V, which in particular represents changes in the battery cell voltage V, can be determined and compared with the current change. For determining the voltage signal U, the device 1 a voltage sensor 8th exhibit. The voltage sensor 8th can with the connection contacts 4 . 5 be connected to transmit voltage, so that the voltage applied to contact elements of the battery cell voltage V as a voltage signal U from the voltage sensor 8th can be issued or measured. The voltage sensor 8th Alternatively, the voltage V can be measured and output the voltage signal V representative of the voltage V or of its temporal change. The voltage sensor 8th may determine the voltage V preferably temporally resolved, so that it can determine in particular the amplitude level and the phase position of the voltage V.

Damit die Vorrichtung 1 die Qualitätsinformation und insbesondere den komplexen Innenwiderstand der Batteriezelle ermitteln kann, ist die Vorrichtung 1 vorzugsweise mit einer Vergleichseinrichtung 9 ausgestattet. Die Vergleichseinrichtung 9 kann ausgebildet sein, um Amplituden- und Phasenwerte der Batteriezellenspannung V und der Stromänderungen A’, E’ miteinander zu vergleichen und hieraus Qualitätsinformationen der Batteriezelle zu ermitteln. Um der Vergleichseinrichtung 9 die Spannungs- bzw. Strominformationen zuzuleiten, kann die Vergleichseinrichtung 9 Signal übertragend mit der Stromänderungseinrichtung 6 und dem Spannungssensor 8 verbunden sein. Im Betrieb können der Vergleichseinrichtung 9 also das wenigstens Phaseninformationen der Batteriezellenspannung V enthaltende Spannungssignal U vom Spannungssensor 8 und ein mindestens Phaseninformationen der Stromänderung A’, E’ aufweisendes Stromsignal I von der Stromänderungseinrichtung 6 zugeleitet sein. Alternativ kann die Vergleichseinrichtung 9 anstelle mit der Stromänderungseinrichtung 6 mit einem nicht gezeigten Stromsensor Signal übertragend verbunden sein, wobei der Stromsensor den geänderten Aufladestrom A und/oder den Entladestrom E vergleichbar wie der Spannungssensor 8 die Spannung V zeitaufgelöst messen kann. So that the device 1 can determine the quality information and in particular the complex internal resistance of the battery cell is the device 1 preferably with a comparison device 9 fitted. The comparison device 9 can be designed to compare amplitude and phase values of the battery cell voltage V and the current changes A ', E' with each other and to determine therefrom quality information of the battery cell. To the comparator 9 to supply the voltage or current information, the comparison device 9 Signal transmitting with the current changing means 6 and the voltage sensor 8th be connected. In operation, the comparator 9 So the at least phase information of the battery cell voltage V containing voltage signal U from the voltage sensor 8th and a current signal I having at least phase information of the current change A ', E' from the current changing device 6 be forwarded. Alternatively, the comparison device 9 instead of the current changing device 6 be connected to a current sensor, not shown signal transmitting, wherein the current sensor the changed charging current A and / or the discharge current E comparable to the voltage sensor 8th can measure the voltage V time-resolved.

An einem Signalausgang 10 der Vergleichseinrichtung 9 kann im Betrieb der Vorrichtung 1 ein anhand der Strom- und Spannungssignale I, U gebildetes und für die Qualitätsinformationen repräsentatives Qualitätssignal Q anliegen. Das Qualitätssignal Q kann beispielsweise den komplexen Innenwiderstand der Batteriezelle repräsentieren. At a signal output 10 the comparison device 9 can during operation of the device 1 a signal based on the current and voltage signals I, U and representative of the quality information quality signal Q abut. The quality signal Q can represent, for example, the complex internal resistance of the battery cell.

2 zeigt schematisch Ausführungsbeispiele des Aufladestroms A und des Entladestroms E. Der Gleichstromanteil des Aufladestroms A und des Entladestroms E sind gestrichelt dargestellt. Die Stromänderungen A’, E’ sind wellenförmig ausgeformt und um die Gleichstromanteile herum oszillierend gezeigt. 2 schematically shows embodiments of the charging current A and the discharge current E. The DC component of the charging current A and the discharge current E are shown in dashed lines. The current changes A ', E' are wave-shaped and shown oscillating around the DC components.

Auf einer Abszissenachse 11 des in der 2 gezeigten Koordinatensystems ist der zeitliche Verlauf aufgetragen. Auf einer Ordinatenachse 12 ist eine Stromhöhe abgetragen, wobei in einem Ursprung 13 des Koordinatensystems die Stromhöhe 0 A beträgt. Oberhalb der Abszissenachse 11 sind Aufladeströme A aufgetragen, die zur Batteriezelle hin fließen. Unterhalb der Abszissenachse 11 sind Entladeströme E aufgetragen, die von der Batteriezelle abgeleitet werden. On an abscissa axis 11 in the 2 shown coordinate system, the time course is plotted. On an ordinate axis 12 a current level is removed, being in an origin 13 of the coordinate system, the current level is 0 A. Above the axis of abscissa 11 Charging currents A are applied, which flow to the battery cell. Below the abscissa axis 11 Discharge currents E are applied, which are derived from the battery cell.

Amplituden 14 der Stromänderungen A’, E’ sind in der 2 im Vergleich zu Amplituden 15 des Gleichstromanteils der gezeigten Auflade- und Entladeströme A, E stark vergrößert dargestellt. Die Amplituden 14 der Stromänderungen A’, E’ können um einen Faktor 10, 100 oder 1000 kleiner sein als die Amplitude 15. Beispielsweise kann die Amplitude 14 der Stromänderungen A’, E’ etwa 100 mA und die Amplitude 15 des Gleichstromanteils des Auf- und/oder Entladestroms A, E 10 A betragen. amplitudes 14 the current changes A ', E' are in the 2 in comparison to amplitudes 15 the DC component of the charging and discharging currents A, E shown greatly enlarged. The amplitudes 14 The current changes A ', E' may be smaller by a factor of 10, 100 or 1000 than the amplitude 15 , For example, the amplitude 14 the current changes A ', E' about 100 mA and the amplitude 15 of the DC component of the charging and / or discharging A, E 10 A amount.

Auch die Periodendauer 16 der periodischen Stromänderungen A’, E’ ist in der 2 vergrößert dargestellt. Die Stromänderungen A’, E’ können beispielsweise eine Frequenz von 10 kHz oder auch mehreren 10 kHz, also beispielsweise 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 kHz aufweisen. Ein vollständiger und in der 2 mit dem Bezugszeichen Z bezeichneter Auflade- und Entladezyklus der Batteriezelle kann hingegen in der Größenordnung von mehreren Minuten bis zu einer Stunde oder mehr dauern und nur einen Wechsel vom Aufladestrom A zum Entladestrom E umfassen. Also the period duration 16 the periodic current changes A ', E' is in the 2 shown enlarged. The current changes A ', E' may have, for example, a frequency of 10 kHz or else several 10 kHz, for example 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 or 90 kHz. A complete and in the 2 By contrast, the charging and discharging cycle of the battery cell denoted by reference Z can on the order of several minutes take up to one hour or more and comprise only one change from the charging current A to the discharging current E.

Im Ausführungsbeispiel der 2 sind die Stromänderungen A’, E’ harmonisch oszillierend ausgebildet und dem Gleichstromanteil des Aufladestroms A bzw. dem Gleichstromanteil des Entladestroms E überlagert. Die Stromänderungen A’, E’ können beispielsweise sinusförmig ausgebildet sein und gleich verteilt um den Gleichstromanteil herum oszillieren. In the embodiment of 2 the current changes A ', E' are formed harmonic oscillating and superimposed on the DC component of the charging current A and the DC component of the discharge current E. The current changes A ', E' may be formed, for example sinusoidal and evenly distributed around the DC component around oscillate.

3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle als ein Flussdiagramm. 3 schematically shows an embodiment of the method according to the invention for determining quality information of a battery cell as a flowchart.

In einem ersten Verfahrensschritt 17 wird das Verfahren 18 gestartet. Beispielsweise wird im Verfahrensschritt 17 die Batteriezelle mit der Vorrichtung 1 kontaktiert. Im folgenden Verfahrensschritt 19 wird der Aufladestrom A bereitgestellt bzw. die Stromsenke 3 zur Aufnahme des Entladestroms E vorbereitet. Im Verfahrensschritt 19 wird also der Lade- bzw. der Entladevorgang gestartet. Im nun folgenden Verfahrensschritt 20 wird der Aufladestrom A bzw. der Entladestrom E periodisch geändert bzw. mit den Stromänderungen A’, E’ moduliert. Der Verfahrensschritt 20 ist also ein Stromänderungs- bzw. Strommodulationsschritt. Im nun folgenden Spannungsermittlungsschritt 21 wird das Spannungssignal U der Batteriezelle bestimmt. Im auf den Verfahrensschritt 21 folgenden Vergleichsschritt 22 wird das Spannungssignal U der Batteriezelle mit den Stromänderungen A’, E’ beziehungsweise dem Stromsignal I verglichen. Insbesondere können Amplituden und/oder Phasenlagen des Spannungssignals U und der Stromänderungen A’, E’ verglichen werden. Anhand der ermittelten Informationen über das Spannungssignal U und die Stromänderungen A’, E’ wird nun im Verfahrensschritt 23 die Qualitätsinformation ermittelt. Insbesondere kann aus Amplituden- und Phasenwerten der komplexe Innenwiderstand der Batteriezelle bestimmt werden, ohne dass weitere Messungen notwendig sind. In a first process step 17 becomes the procedure 18 started. For example, in the process step 17 the battery cell with the device 1 contacted. In the following process step 19 the charging current A is provided or the current sink 3 prepared for receiving the discharge current E. In the process step 19 So the loading or unloading process is started. In the following process step 20 the charging current A or the discharge current E is periodically changed or modulated with the current changes A ', E'. The process step 20 So is a Stromänderungs- or current accommodation step. In the now following voltage determination step 21 the voltage signal U of the battery cell is determined. Im on the procedural step 21 following comparison step 22 the voltage signal U of the battery cell with the current changes A ', E' and the current signal I is compared. In particular, amplitudes and / or phase angles of the voltage signal U and the current changes A ', E' can be compared. On the basis of the determined information about the voltage signal U and the current changes A ', E' is now in the process step 23 determines the quality information. In particular, the complex internal resistance of the battery cell can be determined from amplitude and phase values without further measurements being necessary.

Im optional folgenden Verfahrensschritt 24 wird kontrolliert, ob für die Formierung der Batteriezelle weitere Lade- bzw. Entladezyklen Z notwendig sind. Ist die Formierung der Batteriezelle noch nicht abgeschlossen, so wird die vollständig aufgeladene Batteriezelle nun komplett entladen oder die komplett entladene Batteriezelle vollständig aufgeladen. Dies ist durch den vom Verfahrensschritt 24 zum Verfahrensschritt 19 weisenden Pfeil 25 dargestellt. Ist der Formierungsvorgang beendet, wird das Verfahren 18 im Verfahrensschritt 26 beendet. In the optionally following process step 24 is controlled whether further charging or discharging cycles Z are necessary for the formation of the battery cell. If the formation of the battery cell has not yet been completed, the fully charged battery cell is now completely discharged or the completely discharged battery cell is fully charged. This is by the process step 24 to the process step 19 pointing arrow 25 shown. When the forming process is finished, the process becomes 18 in the process step 26 completed.

Claims

Procedure ( 18 ) for determining quality information of a battery cell, in which a charging current (A) is fed to the battery cell and a discharge current (E) is taken, characterized in that the charging current (A) and / or the discharge current (E) is changed periodically and one of the Battery cell in response to the periodic change of the charging current (A) and / or the discharge current (E) generated voltage signal (U) with the change of the charging current (A) and / or the discharge current (E) for determining the quality information is compared.

Procedure ( 18 ) according to claim 1, characterized in that a periodic current change (A ', E') is formed harmonically and superimposed on the charging current (A) and / or the discharge current (E).

Procedure ( 18 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the amplitude ( 14 ) of the periodic current change (A ') is small compared to the amplitude ( 15 ) of the charging current (A) and / or the discharge current (E).

Procedure ( 18 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the charging current (A) and / or the discharge current (E) is changed at a frequency between 0.1 kHz and 1 MHz.

Procedure ( 18 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the voltage signal (U) with the one of the battery cell in response to the periodic change of the charging current (A) and / or the discharge current (E) generated voltage signal (U) with the Current change (A ', E') is compared.

Procedure ( 18 ) according to claim 5, characterized in that from the voltage signal (U) and the current change (A ', E') the quality information is determined.

Procedure ( 18 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the battery cell for determining its battery cell capacity is completely charged with the periodically changed charging current (A) and / or discharged with the periodically changed discharge current (E).

Procedure ( 18 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that for the formation of the battery cell, these are repeatedly completely charged with the periodically changed charging current (A) and / or discharged with the periodically changed discharge current (E).

Procedure ( 18 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the quality information is determined by means of impedance spectroscopy.

Contraption ( 1 ) for determining quality information of a battery cell, with a charging current (A) for the battery cell providing Power source ( 2 ) and a discharge current (E) derived from the battery cell current sink ( 3 ), characterized by a current changing device ( 6 ), with which the charging current (A) and / or the discharge current (E) is periodically changeable, a voltage sensor ( 8th ) for the time-resolved determination of a voltage signal (U) of the battery cell and a comparison device ( 9 ), the input side signal transmitting with the current changing means ( 6 ) and the voltage sensor ( 8th ) and in operation outputs a quality signal (Q) representative of the quality information.