Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Batteriesimulators mit einem zumindest einen Kondensator aufwei ^¬ senden Strompfad und einer Vorrichtung zur Messung der Stromstärke in dem Strompfad. Weiters betrifft die Erfindung ein Ver ^¬ fahren zum Kalibrieren eines Batteriesimulators, bei dem zumindest ein Kondensator vom Batteriesimulator geladen wird und in diesen entladen wird, wobei die Stromstärke gemessen wird.

Batteriesimulatoren werden in der Forschung und Entwicklung von Systemen benützt, welche Batterien beinhalten. Gerade in der Automobilindustrie gewinnen elektrische Antriebe, insbesondere in Elektro- und Hybridfahrzeugen, zunehmend an Bedeutung. Die dabei verwendeten Batterien werden meistens durch Batteriesimulatoren, die heutzutage in der Regel ein Teil des Prüfstandes sind, er ^¬ setzt. Ein Batteriesimulator ist üblicherweise eine dynamische Gleichstrom- und Gleichspannungsquelle, die auch als Stromsenke dienen kann. Es wird dabei eine Batterie simuliert, indem eine Spannung von bis zu mehreren hundert Volt konstant oder stromab ^¬ hängig, einem Simulationsmodell einer Batterie folgend, zur Ver ^¬ fügung gestellt wird. Hierbei kann der Strom in positiver Zählrichtung, d.h. wenn der Batteriesimulator Leistung abgibt, als auch in negativer Zählrichtung, d.h. wenn der Batteriesimulator Leistung aufnimmt, bis zu mehreren hundert Ampere betragen. Zur Regelung des Batteriesimulators werden Spannung und Strom mit geeigneten internen Messsystemen im Batteriesimulator gemessen, wobei diese Messsysteme von Zeit zu Zeit kalibriert werden müs ^¬ sen .

Batteriesimulatoren, welche größere Batterien wie beispielsweise eine Autobatterie simulieren sollen, sind in der Regel sehr groß und schwer und aufgrund dessen ortsfest. Ein solches Gerät kann daher nicht oder nur unter großem Aufwand an ein Kalibrierinstitut gesendet werden, weshalb es notwendig oder bevorzugt ist, dieses vor Ort zu kalibrieren. Im Stand der Technik sind grundsätzlich zahlreiche Methoden und Geräte bekannt, um die einzel ^¬ nen Messgeräte eines Batteriesimulators zu kalibrieren. Insbe ^¬ sondere die Spannungsmessung ist mit Methoden aus dem Stand der Technik einfach zu verwirklichen. Weiters sind Methoden und Ge- rate zum Simulieren von Batterien oder Batteriemanagementsyste ^¬ men bekannt, bei denen Kondensatoren zum Einsatz kommen.

Aus der DE 102014207520 AI ist eine elektronische Schaltung für einen Prüfstand zum Testen von Batteriesystemen oder Batteriemanagementsystemen bekannt, die einen Simulationsstrang mit einem Kondensator umfasst, der das Nachbilden eines Spannungsverlaufes beim Vorladen eines Zwischenkreises erlaubt, wenn eine Lade ^¬ gleichspannung angelegt wird. Parallel zum Simulationsstrang ist ein weiterer Strang geschaltet, der das sichere Entladen des Kondensators nach Trennen der Ladegleichspannung erlaubt.

Weiters ist aus der DE 102014226190 AI eine Testvorrichtung zum Überprüfen eines Batterie-Steuergerätes oder einer Batterie mit zumindest einer Zelle bekannt. Die Testvorrichtung weist dabei einen Batteriesimulator zur Simulation einer Spannung einer Zelle einer simulierten Batterie zur Vorgabe an das Batterie- Steuergerät auf, wobei das Batterie-Steuergerät oder die Batte ^¬ rie mit einem Auswertemodul zur Bearbeitung und Überprüfung u.a. der Spannung der Zelle verbunden ist. Die Testvorrichtung kann weiters den Ausgleichsstrom, der dafür sorgt, dass zwischen den Zellen einer aus mehreren Zellen zusammengesetzten Batterie eine gleichmäßige Spannung vorliegt, steuern. In einer bevorzugten Aus führungs form ist ein Kondensator zur Zwischenspeicherung einer Spannung für den Ausgleichsstrom im Auswertemodul vorgesehen .

Es sind im Stand der Technik jedoch keine Vorrichtungen oder Verfahren offenbart, welche die Kalibrierung des Gesamtsystems eines Batteriesimulators ermöglichen. Insbesondere die Kalibrie ^¬ rung der negativen Ströme, also des generatorischen Betriebes der Kalibriervorrichtung, d.h. jenes Zustandes in dem der zu kalibrierende Batteriesimulator als Stromsenke fungiert, gestaltet sich problematisch. Eine geeignete Vorrichtung müsste einerseits in der Lage sein, sehr hohe Ströme aufzunehmen, andererseits sollte es auch in der Lage sein, entsprechend hohe Ströme zu liefern. Mit den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren wäre eine weitere Stromquelle, z.B. ein weiterer Batteriesimulator, erforderlich, damit diese den Strom bereitstellt, der in den zu kalibrierenden Batteriesimulator, der als Stromsenke fungiert, eingespeist wird.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demnach eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Batteriesimulators zu schaffen, bei welcher bzw. bei welchem die Anforderung einer zusätzlichen Stromquelle vermieden wird. Insbesondere soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die einfach und mobil ist und sich zur automatischen Kalibrierung von Batteriesimulatoren eignet .

Erfindungsgemäß wird dies mit einer Vorrichtung der eingangs an ^¬ geführten Art erzielt, die einen Eingang und einen Ausgang zum Anschließen eines Batteriesimulators aufweist, wobei vom Eingang zum Ausgang ein Strompfad verläuft, der eine Vorrichtung zum Messen der Stromstärke aufweist, und in dem zumindest ein Kon ^¬ densator geschaltet ist. Der zumindest eine Kondensator kann da ^¬ bei insbesondere als Kondensatorbatterie ausgeführt sein. Somit kann die Kalibriervorrichtung beim Laden des zumindest einen Kondensators sehr hohe Ströme aufnehmen und beim anschließenden Entladen des zumindest einen Kondensators sehr hohe Ströme lie ^¬ fern, während die Stromstärke gemessen wird. Dadurch ist eine bidirektionale Kalibrierung des Stromes sehr effizient und prä ^¬ zise möglich. Kondensatoren haben im Vergleich zu Batterien eine höhere Leistungsdichte bei gleichzeitig niedrigerer Energiedich ^¬ te, wobei Ersteres bei der Kalibrierung von Batteriesimulatoren von größerer Bedeutung ist.

Der Batteriesimulator, der insbesondere mit der hierin beschriebenen Erfindung kalibriert werden kann, weist üblicherweise eine Gleichspannungsquelle und -senke sowie eine Gleichstromquelle und -senke auf. Auf diese Weise kann sowohl der generatorische, d.h. der leistungsabgebende bzw. die Batterie entladende, Be ^¬ trieb, als auch der motorische, d.h. der leistungsaufnehmende bzw. die Batterie ladende, Betrieb einer Batterie simuliert wer ^¬ den .

Bevorzugt ist der Batteriesimulator geeignet, sowohl hohe Spannungen bis zu mehreren hundert Volt, als auch hohe Ströme in po ^¬ sitiver wie in negativer Zählrichtung, d.h. generatorisch wie auch motorisch, bis zu mehreren hundert Ampere abzugeben. Zur Regelung des Batteriesimulators werden vorzugsweise die Spannung und die Stromstärke mit geeigneten internen Messsyste ^¬ men im Batteriesimulator gemessen. Dies ist auch vorteilhaft, da die vom Batteriesimulator abgegebene Spannung entweder konstant oder stromabhängig, entsprechend einem Simulationsmodell einer Batterie, sein soll.

Es ist weiters vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Kalibrieren des Batteriesimulators nicht nur die Stromstärke, sondern auch die Spannung messen kann, da dies einen wichtigen Schritt zur Kalibrierung des Gesamtsystems des Batteriesimulators mithilfe einer einzigen Vorrichtung darstellt. Eine solche Möglichkeit zum Messen der Spannung ist darüber hinaus günstig, um die stromabhängige Bereitstellung der Spannung durch den Batteriesimulator zu kalibrieren. Dafür ist vorgesehen, dass parallel zum Strompfad noch ein Spannungspfad existiert, an dem eine Vorrich ^¬ tung zum Messen der Spannung an diesem Pfad vorgesehen ist. Der Spannungspfad verläuft somit bevorzugt vom Eingang zum Ausgang der Vorrichtung zum Kalibrieren des Batteriesimulators. Die Spannung wird bevorzugt an mehreren Messpunkten, welche den ganzen Spannungsbereich abdecken, gemessen.

Bekanntermaßen ist die Messung sehr hoher Ströme mit einem

Strommessgerät problematisch. Insbesondere bei (direkter) Mes ^¬ sung mit einem Messwiderstand wäre die Verlustleistung sehr groß. Somit ist in einer bevorzugten Aus führungs form der Vorrichtung ein Stromwandler mit einem Primär- und einem Sekundärstrom in den Strompfad geschaltet, wobei der Sekundärstrom zur Vorrichtung zum Messen der Stromstärke und der Primärstrom zum Kondensator läuft. Als Stromwandler ist bevorzugt ein Kompensa ^¬ tionsstromwandler vorgesehen. Der Sekundärstrom entspricht dabei einem genau festgelegten Bruchteil des Primärstroms, beispiels ^¬ weise einem Tausendstel oder einem Fünftausendstel . Der Sekun ^¬ därstrom liegt beispielsweise in der Größenordnung von einigen wenigen Ampere. Der Sekundärstrom kann nun mit einer Strommesseinrichtung relativ einfach gemessen werden, da der Sekundärstrom vom Primärstrom galvanisch getrennt und deutlich kleiner als dieser ist. In einer weiteren Aus führungs form der zuletzt genannten bevorzugten Aus führungs form weist die Vorrichtung zum Messen der Stromstärke einen Messwiderstand auf, dem eine Vorrichtung zum Messen der elektrischen Spannung parallelgeschaltet ist. Der Stromwandler und die Messung an dessen Sekundärstrom sorgen dafür, dass die Verlustleistung am Messwiderstand nicht zu groß ist .

Vorzugsweise ist im Strompfad nach dem Eingang ein Eingangs ^¬ schütz und/oder vor dem Ausgang ein Ausgangsschütz geschaltet. Somit kann die Spannung am Spannungspfad auch bei unterbrochenem Strompfad, d.h. bei geöffneten Schützen, erfolgen. In einer bevorzugten Aus führungs form verläuft der Strompfad somit vom Eingang über den Eingangsschütz weiter über den Stromwandler und den Kondensator über den Ausgangsschütz zum Ausgang. Günstigerweise soll die beschriebene Erfindung pro Messkanal über je ei ^¬ nen Eingang und je einen Ausgang verfügen, die alle jeweils mit einem Schütz im jeweiligen Strompfad verbunden sind, wobei der jeweilige Spannungspfad parallel dazu vom jeweiligen Eingang zum jeweiligen Ausgang verläuft.

Um eine vollautomatische Kalibrierung zu ermöglichen, soll die Kalibriervorrichtung in einer bevorzugten Aus führungs form mit den Abgängen des zu kalibrierenden Batteriesimulators verbindbar sein. Dafür soll die Vorrichtung eine Kommunikationsschnittstel ^¬ le aufweisen. Diese kann beispielsweise als RJ-45-Buchse ausge ^¬ führt werden, auf der das EtherCAT-Protokoll zum Einsatz kommen kann .

Um eine vollautomatische Justierung und Kalibrierung zu ermögli ^¬ chen ist in einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der zuletzt genannten bevorzugten Aus führungs form vorgesehen, dass zwischen dem Batteriesimulator und der Vorrichtung ein Regelkreis besteht. Dabei werden die Ergebnisse der internen Messge ^¬ räte des Batteriesimulators mit den entsprechenden Messvorrichtungen der Kalibriervorrichtung verglichen und dementsprechend die Messgeräte des Batteriesimulators justiert. Die Verwendung digitaler Messgeräte in der Kalibriervorrichtung ermöglicht die automatische Verarbeitung und Speicherung der Mess- und Kalib ^¬ rierdaten. Optional können die Ergebnisse des Kalibriervorgangs auf einem an die Vorrichtung angeschlossenen oder in die Vorrichtung integrierten Speichermedium gespeichert werden. Es kann somit insbesondere nach dem Verstreichen einer Vorwärmzeit der Kalibriervorgang oder Justier- und Kalibriervorgang gestartet werden, wobei dann der Kalibriervorgang oder Justier- und Kalibriervorgang selbst automatisch abläuft.

Damit eine möglichst lange Messzeit erzielt werden kann, wird als der zumindest eine Kondensator, der auch als Kondensatorbat ^¬ terie ausgeführt sein kann, in einer bevorzugten Aus führungs form ein Kondensator bzw. eine Kondensatorbatterie mit einer Gesamt ^¬ kapazität von mehr als 10 Farad, bevorzugt von mehr als 100 Fa ^¬ rad, insbesondere von mehr als 1000 Farad verwendet.

Bevorzugt wird für den zumindest einen Kondensator ein elektro ^¬ chemischer Kondensator, der bekanntermaßen eine hohe Kapazität pro Bauteil hat, oder eine Zusammenschaltung solcher verwendet. Somit wird wiederum eine möglichst lange Messzeit erzielt.

Vorzugsweise ist der elektrochemische Kondensator als Superkon- densator, Supercap oder Ultrakondensator ausgebildet. Bekanntermaßen haben Superkondensatoren typischerweise 10000-fach höhere Kapazitätswerte pro Bauteil als z.B. Elektrolytkondensatoren, wodurch wiederum eine möglichst lange Messzeit erzielt wird.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Kalibrieren eines Batteriesimulators mit einem Eingang und einem Ausgang, wo ^¬ bei zwischen Eingang und Ausgang ein Strompfad vorgesehen ist, an dem die Stromstärke gemessen wird. Im Strompfad ist ein Kon ^¬ densator geschaltet. Dieser wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vom Batteriesimulator zumindest teilweise geladen und anschließend zumindest teilweise in den Batteriesimulator entla ^¬ den. Es wird also der Umstand ausgenützt, dass es sich bei einem Batteriesimulator sowohl um eine Gleichstromquelle, als auch um eine Gleichstromsenke handelt. Somit ist keine zusätzliche

Gleichstromquelle notwendig, um den motorischen, d.h. Leistung aufnehmenden, Betrieb des Batteriesimulators zu testen.

Vorzugsweise sind im Strompfad nach dem Eingang ein Eingangs ^¬ schütz und vor dem Ausgang ein Ausgangsschütz geschaltet. Dann kann in einem zum Strompfad parallel verlaufenden Spannungspfad eine Spannungsmessung bei unterbrochenem Strompfad durchgeführt werden. D.h. die Spannung wird, vorteilhafterweise an mehreren Messpunkten, im Leerlauf gemessen.

Es ist wünschenswert, dass der Kalibriervorgang oder Justier- und Kalibriervorgang automatisch ablaufen kann. Dafür ist bevorzugt vorgesehen, dass mit Hilfe einer Kommunikationsschnittstel ^¬ le ein Regelkreis zum Batteriesimulator besteht. Es werden dann die vom Batteriesimulator gemessenen Spannungen und Stromstärken mit den im Spannungs- und im Strompfad gemessenen verglichen und die Messgeräte des Batteriesimulators derart justiert, dass kei ^¬ ne Abweichungen zwischen den vom Batteriesimulator gemessenen Größen und den im Strom- und Spannungspfad gemessenen Größen mehr besteht.

Die hierin beschriebene Erfindung eignet sich insbesondere zum Einsatz in der Automobilindustrie, speziell für einen in einen Prüfstand integrierten Batteriesimulator, soll jedoch nicht auf dieses Einsatzgebiet beschränkt bleiben. Weiters eignet sich die Erfindung insbesondere zur Implementierung in einem mobilen Gerät, wobei als Gehäuse des Geräts ein stabiler Transportkoffer verwendet werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf welche sie jedoch keinesfalls beschränkt sein soll, noch näher erläutert. Im Einzelnen zeigen in den Zeichnungen:

Fig. 1 einen Schaltkreis einer Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kalibrieren eines Batteriesimulators mit einem Strompfad und eines mit dieser verbundenen Batteriesimula ^¬ tors; und

Fig. 2 einen Schaltkreis einer bevorzugten Aus führungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kalibrieren eines Batteriesimulators mit einem Strom- und einem Spannungspfad.

Fig. 1 zeigt eine Aus führungs form der Vorrichtung 1 zum Kalibrieren eines Batteriesimulators und eine Aus führungs form eines Batteriesimulators 2. Die Vorrichtung weist einen Eingang 10 und einen Ausgang 12 auf. Zwischen diesen verläuft ein Strompfad 14, in dem ein Kondensator 16 und eine Vorrichtung 18 zum Messen der Stromstärke geschaltet sind. Die Vorrichtung 1 zum Kalibrieren eines Batteriesimulators ist mit einem Batteriesimulator 2 ver ^¬ bunden. Dieser weist eine Gleichspannungsquelle und -senke und/oder Gleichstromquelle und -senke 30, ein in Serie geschal ^¬ tetes Strommessgerät 32 und ein parallel geschaltetes Spannungs ^¬ messgerät 34 auf.

Bei der gezeigten Aus führungs form stellt die Gleichspannungs ^¬ quelle und -senke und/oder Gleichstromquelle und -senke 30 des Batteriesimulators 2 anfangs eine Gleichspannung zur Verfügung, die z.B. konstant oder stromabhängig, einem Simulationsmodell einer beliebigen Batterie folgend, sein kann und die mithilfe des internen Strommessgeräts 32 und Spannungsmessgeräts 34 des Batteriesimulators 2 eingestellt wird. Infolgedessen wird der Kondensator 16 der Vorrichtung 1 zum Kalibrieren eines Batteriesimulators aufgeladen und Energie in diesem gespeichert; dies entspricht einem Motorbetriebsmodus der Vorrichtung 1 zum Kalib ^¬ rieren eines Batteriesimulators. Anschließend wird der Kondensa ^¬ tor 16 in den Batteriesimulator 2 entladen; dies entspricht dem Generatorbetriebsmodus der Vorrichtung 1 zum Kalibrieren eines Batteriesimulators. Während des Motor- und/oder des Generatorbe ^¬ triebsmodus wird die Stromstärke im Strompfad 14 von der Vor ^¬ richtung 18 zum Messen der Stromstärke gemessen. Anhand der Messergebnisse der Vorrichtung 18 zum Messen der Stromstärke kann das Strommessgerät 32 des Batteriesimulators 2 kalibriert wer ^¬ den .

Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Aus führungs form der Vorrichtung 1 zum Kalibrieren eines Batteriesimulators. Mit dem Eingang 10 und dem Ausgang 12 sind in Parallelschaltung ein Strompfad 14 und ein Spannungspfad 15 verbunden. In den Spannungspfad 15 ist eine Vorrichtung 19 zum Messen der elektrischen Spannung geschaltet. Der Strompfad verläuft über einen Eingangs ^¬ schütz 11 zu einem Stromwandler 20, dessen Sekundärstrom über eine Vorrichtung 18 zum Messen der Stromstärke verläuft. Der Primärstrom des Stromwandlers 20 verläuft weiters über den Kon ^¬ densator 16 zum Ausgangsschütz 13. Die Vorrichtung 18 zum Messen der Stromstärke besteht aus einem Messwiderstand 22, dem eine {weitere} Vorrichtung 24 zum Messen der elektrischen Spannung parallelgeschaltet ist.

Es ist vorgesehen, dass ein Batteriesimulator an den Eingang 10 und den Ausgang 12 angeschlossen wird. Dann können Stromstärke und Spannung gemessen werden, während die Vorrichtung wie bereits erläutert im Motor- und im Generatorbetriebsmodus betrie ^¬ ben wird. Für die Stromstärkenmessung gibt der Stromwandler 20 einen zum Primärstrom proportional geringeren Sekundärstrom an die Vorrichtung 18 zum Messen der Stromstärke ab. Diese Vorrichtung 18 zum Messen der Stromstärke ist hier als Parallelschal ^¬ tung eines Messwiderstandes 22 und einer Vorrichtung 24 zum Mes ^¬ sen der elektrischen Spannung ausgebildet. Weiters kann auch bei geöffneten Schützen 11, 13 eine Spannungsmessung im Leerlauf erfolgen. Anhand der Messergebnisse der Vorrichtung 18 zum Messen der Stromstärke und der Vorrichtung 19 zum Messen der Spannung können die internen Messgeräte eines angeschlossenen Batteriesi ^¬ mulators kalibriert werden.

Weiters zeigt die Fig. 2 eine Kommunikationsschnittstelle 50, deren beispielhaften Verbindungen mit der Vorrichtung 19 zum Messen der Spannung und der Vorrichtung 24 zum Messen der Spannung, die Teil der Vorrichtung 18 zum Messen der Stromstärke ist, mit strichlierten Linien angedeutet sind. Es ist in einer bevorzugten Aus führungs form vorgesehen, dass diese Kommunikationsschnittstelle 50 dazu dient einen Regelkreis zwischen der Vorrichtung 1 zum Kalibrieren eines Batteriesimulators und dem zu kalibrierenden Batteriesimulator herzustellen und dass die vom Batteriesimulator gemessenen Größen mit den im Spannungspfad 15 und im Strompfad 14 gemessenen Größen verglichen werden und bei Abweichungen zwischen den vom Batteriesimulator gemessenen Größen und den im Spannungspfad 15 und im Strompfad 14 gemesse ^¬ nen Größen die Messgeräte des Batteriesimulators entsprechend der im Spannungspfad 15 und im Strompfad 14 gemessenen Größen justiert werden. Insbesondere kann somit die Justierung und Ka ^¬ librierung des Batteriesimulators automatisch ausgeführt werden.

Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Er- findung und sind für diese nicht beschränkend.