Nachfrageschub für Batterietests

Nachfrageschub für Batterietests

Das Performance Monitoring erfolgt in der Praxis meist zweistufig: Die Standardmesstechnik wird für das 'Zykeln' (Lade- und Entladevorgänge) genutzt. Nach einer vorgegebenen Anzahl von z.B. 50 Zyklen werden in einer zweiten Stufe einmalig die gerätespezifischen Entladeprofile aufgeprägt, um die individuellen Parameter wie Spitzenstromverlauf, dynamischer Innenwiderstand etc. bestimmen zu können. So werden zum Beispiel für die (Re-)Qualifizierung in der Mobilfunk-Industrie spezielle GSM/UMTS-Lasten eingesetzt, die TDMA-Stromprofile getrennt für Gesprächs- und Datenanwendungen nachbilden.

»Für das Monitoring eines Akkupacks von z.B. 1000 mAh ist bei 1C Lade- und Entladestrom mit Standardmesstechnik eine Zykluszeit von ca. 2,5 Stunden erforderlich«, fährt Grimm fort. »500 Ladezyklen werden somit bei 24/365-Betrieb erst nach 52 Tagen erreicht. Hinzu kommen noch die nach z.B. je 50 Zyklen üblichen gerätespezifischen Entladeprofile, sofern vom Gerätehersteller gewünscht.«

Als Standardmesstechnik stellt das Zweiquadranten-Netzgerät HM8143 (Quelle und Senke) auf zwei getrennten Kanälen alle für die verschiedenen Batterietechnologien erforderlichen Lade- und Entladeparameter im Rahmen der ersten Stufe bereit. Mit einem 6,5-stelligen Digitalmultimeter wie dem Hameg HM8112-3 lässt sich sowohl der exakte Spannungsverlauf als auch der statische Innenwiderstand während des 'Zykelns' messen. Um den statischen Innenwiderstand einer Zelle messen zu können, wird während des Lade- oder Entladevorgangs der Strom z.B. von 1,1 A auf 100 mA geändert, Delta U nach einer definierten Zeit mit dem Multimeter ermittelt und eine Delta-U-zu-Delta-I-Rechnung durchgeführt.

»Für einen voll automatischen Messplatz werden vier HM8143 mit einem HM8112-3 und optionaler Scannerkarte verschaltet und über USB, RS232 oder IEEE488 angesteuert, so dass letztlich acht Zellenpacks gleichzeitig vermessen werden können«, erklärt Grimm. »Um eine statistisch relevante Aussage über Serienstreuungen von Ri, Spannungs- und Kapazitätsverlauf über Alterung treffen zu können, werden üblicherweise pro angelieferter Charge mehrere dieser Anordnungen zur Überwachung eines Akkutyps parallel betrieben. Bereits nach 100 Zyklen sind erste Trends zu erkennen, so dass es im Ermessen des Geräteherstellers liegt, wann er die zur Auslieferung anstehende Gesamtmenge einer Charge auf Basis der in der 'zerstörenden Prüfung' erlangten Ergebnisse frei gibt.«

Das HM8143 stellt auf zwei Kanälen 0 bis 30 V bei 0 bis 2 A inkl. Sense-Eingängen, und auf einem dritten Hilfskanal für kundenspezifische Anschaltungen wie eine GSM/UMTS-Last 5 V mit bis zu 2 A bereit. Der für das Laden der verschiedenen Technologien erforderliche Übergang von CC (Constant Current) auf CV (Constant Voltage) ist gleitend implementiert und kann über die Remote-Schnittstelle neben den aktuellen Werten für Spannung (10 mV Auflösung) und Strom (1 mA Auflösung) zyklisch zurückgelesen werden. Nach Erreichen des Ladeendpunktes - bei Lithium Zellen z.B. 4,2 V und I < C/50 stel - wird durch Vorgabe der Entladeschlussspannung (bei Lithium Zellen z.B. 2,9 V) der Entladevorgang eingeleitet. Auch hier findet ein schaltfreier Übergang statt. Mit Erreichen der Schlussspannung tritt erneut ein gleitender Übergang von CC auf CV ein, so dass auch hier über Remote der Zustandswechsel sicher erkannt wird.

»Zusammenfassend ist festzuhalten, dass der Aufwand für die Qualifikation -und im Rahmen der Produktüberwachung auch der Requalifikation - von Zellenpacks erheblich ist und wirtschaftlich nur durch Automatisierung und Parallelisierung geleistet werden kann«, resümiert Andreas Grimm. »Dieser Aufwand ist jedoch vergleichsweise gering, wenn sich dadurch Imageschäden infolge von Rückrufaktionen vermeiden lassen. Hier gilt wie bei allen sicherheitsrelevanten Themen der Grundsatz: Vertrauen - auf die Spezifikation - ist gut, Stichproben- Kontrolle ist besser. Ähnlich wie beim besten Softwareprozess können auch in jedem Fertigungsprozess Fehler vermieden, aber nicht vollständig ausgeschlossen werden.«

1. Nachfrageschub für Batterietests
2. Nachfrageschub für Batterietests

Lesen Sie mehr zum Thema