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Batterie-Zyklisierer

Die Hauptaufgabe eines Batterie-Zyklisierers ist die Zyklisierung, also die zyklische Ladung und Entladung, von Batterien, zumeist Batteriezellen. Einsatzfelder von Zyklisierern liegen besonders in Forschung und Entwicklung, aber auch in der Qualitätssicherung der Batterieproduktion oder zur Evaluierung von sogenannten End-of-Life-Zellen, also Batteriezellen, die Ihre zyklische oder kalendarische Lebensdauer erreicht haben.

 

 

Was passiert beim Zyklisieren?

Der Vorgang des Zyklisierens erfordert zunächst keine besonders aufwändige Messtechnik. Benötigt wird grundsätzlich lediglich eine Konstantstromquelle zum Laden und eine Konstantstromlast zum Entladen. Für die Qualität der Messungen und Messergebnisse ist es jedoch unerlässlich den Konstantstrom mit hoher Genauigkeit zu liefern, sowie die Spannung der Zelle exakt zu bestimmen. Um diese Präzision zu erreichen, unterscheiden sich die Zyklisierer teilweise deutlich in ihrem schalttechnischen Aufbau und den Spezifikationen.

Klassische Zyklisierer sind eine Form von bidirektionalen Schaltnetzteilen mit integrierter Spannungsmessung. Mit diesem relativ einfachen Aufbau können durchaus hohe Genauigkeiten erzielt werden, sofern die Messbedingungen zu den Spezifikationen des Zyklisierers passen. Typischerweise liegen die anwendbaren Ströme daher in einem eingeschränkten Bereich, was für standardisierte Zellen, die alle eine ähnliche Stromrate benötigen, ausreichend ist. Bei der Spannungsmessung wird in der Regel sowieso nur der positive Spannungsbereich betrachtet und Sonderfälle wie 0V oder deutlich über 5V sind Ausnahmen. Zyklisierer für Batteriemodule oder gar Batteriepacks werden natürlich an die höheren Spannungen angepasst.

Zyklisierer von Neware

EKT zyklisierer neware

Sehr robuste und kostengünstige Zyklisierer sind die Geräte des chinesischen Herstellers Neware. Das Angebot umfasst verschiedene Leistungsbereiche für kleine Zellen (Milliampere-Bereich), über mittelgroße Zellen (niedriger Ampere-Bereich) bis hin zu großen Zellen (100A-Bereich). Die gängigen Methoden, wie CC, CV, CCCV, CP und CR werden durchgängig unterstützt und auch die Gleichstromwiderstandsmessung (DCIR) ist Standard. Die zugehörige Software ist auf standardisierte Messprotokolle inkl. Barcodescan ausgelegt, eignet sich aber gleichwohl für flexiblere Messszenarien. Durch serielle Kaskadierung der Zyklisierer und Ethernet-Kommunikation können problemlos große Messfelder aufgebaut werden.

Zyklisieren mit Mehrkanal-Potentiostaten

EKT Mehrkanalpotentiostat

Gegenüber den klassischen Zyklisierern, die vor allem im industriellen Umfeld ihre Stärken ausspielen können, sind auch Mehrkanal-Potentiostate für Batteriezyklisierung geeignet.

Durch die höhere Flexibilität ist eine derartige Lösung besonders im Forschungsumfeld gefragt. Dabei zahlt sich aus, dass Potentiostate generell mehrere Strombereiche besitzen und somit unterschiedlich dimensionierte Zellen mit einem System zyklisiert werden können. Darüber hinaus können Mehrkanal-Potentiostate komplexere Messprotokolle und -methoden, wie Zyklovoltammetrie oder Impedanzspektroskopie, darstellen. Mehrkanal-Potentiostate, die für den Einsatz als Batteriezyklisierer optimiert sind, sind die Geräte OctoStat und IviCycle von Ivium.

Neben dem günstigen Preis-/Leistungsverhältnis überzeugen beide Geräteserien durch flache Gehäuse im 19-Zoll-Rackformat. Leistungsmäßig wird jeweils der Milliampere-Bereich (30 oder 200 mA) und Ampere-Bereich (1 oder 3 A – IviCycle; 5 A – OctoStat) abgedeckt. Durch den Mehrkanal-Booster OcotBoost16000 sind beim OctoStat sogar bis zu 16 A an allen 8 Messkanälen oder bis zu 128 A an einem Messkanal möglich.