WO2004010157A1 - Method for measuring a physical or chemical operating parameter for an analysis system - Google Patents

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WO2004010157A1
WO2004010157A1 PCT/DE2003/002346 DE0302346W WO2004010157A1 WO 2004010157 A1 WO2004010157 A1 WO 2004010157A1 DE 0302346 W DE0302346 W DE 0302346W WO 2004010157 A1 WO2004010157 A1 WO 2004010157A1
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excitation
measuring
chemical operating
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Peter Jörg PLATH
Ernst-Christoph Hass
Uwe Sydow
Magnus Buhlert
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Mir-Chem Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the invention lies in the field of measuring methods in which a physical and / or chemical operating parameter for an examination system is measured in order to obtain information about characteristic properties of the examination system.
  • WO 03/041209 describes a device for measuring an operating parameter of an electrochemical cell in a spatially and time-resolved manner.
  • different measuring arrangements are used to analyze the dynamic behavior of an electrochemical cell.
  • polarization changes are made to the plate elements of a battery, so that the battery relaxes several times from a non-stationary state into a stationary state. This process is repeated each time the polarization changes. It can be provided here that the polarization change is carried out several times in succession in order to obtain information about the behavior of the battery with periodic excitation.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for measuring a physical / chemical operating parameter of an examination system, which extends the analysis options with regard to characteristic physical / chemical properties of the examination system.
  • this object is achieved by a method for measuring a physical / chemical operating parameter for an examination system, in particular an electrochemical cell, in which the examination system is acted upon several times with the aid of excitation pulses of a physical quantity influencing the examination system, in order to convert it into a relaxable, to be excited in a non-stationary state of the examination system, from which the examination system can relax with respect to the physical / chemical operating parameter in a relaxation time characteristic of the physical / chemical operating parameter, and the physical / chemical operating parameter is measured during excitation and when relaxing the examination system.
  • the examination system is used with successive excitation pulses acted upon in accordance with an excitation function, in which the successive excitation pulses excite the examination system at a time interval which is shorter than the relaxation time characteristic of the physical / chemical operating parameters of the examination system.
  • a complete relaxation takes place in principle after an infinite time.
  • the term relaxation time in the technical meaning used here is the time in which the examination system or the physical / chemical operating parameter has dropped again to about 5% of the maximum size of the excited state or to approximately 95% the desired steady state of the physical / has approached the chemical operating parameters.
  • the examination system can be any, simply or complexly designed systems for which physical / chemical measured variables are recorded using suitable measuring systems and which are brought at least for measuring purposes from a stationary state into a non-stationary state with the aid of a physical quantity from which the system then relaxes.
  • the relaxation time which is characteristic of the system in this case is known for a wide variety of systems or can be obtained with the aid of known measuring methods in order to take this time constant into account in the manner explained in the newly proposed method.
  • Possible physical / chemical measured variables are basically all measurable parameters of the system under investigation, for example current, voltage, pressure, temperature, intensity of radiation, density or concentration of a substance or the like.
  • An expedient development of the invention provides that a spectrum of the excitation function is formed in a frequency space by at least two harmonic functions or two fundamental frequencies.
  • the frequency spectrum of the excitation function is obtained with the help of a Fourier transformation of the temporal course of the successive the stimulus.
  • Asymmetrically periodic excitation patterns can be used for measurement and control tasks in which a non-steady state of one or more operating parameters from a defined steady state is to be examined. If, for example, an excitation function with a short rectangular pulse in the upper level and a subsequent long rectangular pulse in the lower level is used, the examination system is briefly transferred to a non-stationary state from which it cannot relax to "equilibrium", and then in brought a state from which it relaxes, so that the next excitation in the short-term state occurs from the "equilibrium". This method can be used, for example, to determine the behavior of an operating parameter in a non-stationary state.
  • chaotic excitation patterns make it possible to comprehensively record and control an examination system with regard to its complexity, which can be attributed in particular to the fact that the excitation occurs chaotically from stationary and non-stationary states.
  • a chaotic excitation function corresponds to a sequence of excitation pulses that is not periodic in a finite time interval.
  • a complex examination system preferably contains additional characteristic patterns in its response behavior, which go beyond the information content of the excitation pattern and can thus be analyzed and controlled with regard to their complexity; ie chaotic behavior is controlled by means of chaos.
  • chaotic behavior is controlled by means of chaos.
  • a complex examination system shows a response behavior with a simpler pattern than the excitation function, ie dampens the information content of the excitation pattern, for example if the excitation function is much faster than the relaxation behavior of the examination system regarding the examined operating parameters.
  • this allows conclusions to be drawn about the complexity of the investigated system and opens up further possibilities for controlling complex systems and for controlling chaos through chaos.
  • a temporally chaotic behavior is measured and evaluated for the physical / chemical operating parameters.
  • this chaotic behavior also reflects small system changes in a characteristic manner and with high sensitivity, so that a corresponding test arrangement can serve as a sensitive measuring probe for the system to be examined.
  • Figure 1 is a schematic representation of an electrochemical cell of a lead accumulator, in which a measuring probe is arranged;
  • FIG. 2 shows a periodic excitation function for several polarization changes in an accumulator
  • FIG. 3 shows a time series for the response behavior of a probe
  • FIG. 4 shows a 3-dimensional delay attractor with the coordinates of measured values M (t), M (t + ⁇ ) and M (t + 2 ⁇ ) and for a delay time (delay time) ⁇ that results from the Time series in Figure 2 was derived-
  • FIG. 5 shows an asymmetrical periodic excitation function for multiple polarization changes in an accumulator
  • FIG. 6 shows a time series for the response behavior of a probe
  • FIG. 7 shows the delay attractor, which was derived from the time series in FIG. 6;
  • FIG. 8 shows an illustration of a chaotic excitation function for several polarization changes in an accumulator
  • FIG. 9 shows an illustration of a delay attractor that was generated from a time series of a response behavior (not shown) to the chaotic excitation function in FIG. 8.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a lead accumulator 100 with a Pb electrode 101 and a PbO 2 electrode 102.
  • the two electrodes 101, 102 are arranged in an electrolyte solution 103 based on H 2 SO 4 .
  • a separator 104 is positioned between the two electrodes 101, 102.
  • a measuring probe 106, on which a measuring tip 107 is formed, is arranged in a space 105 between the two electrodes 101, 102.
  • the measuring probe 106 is connected via a high-resistance measuring unit 108 to a circuit 109 which connects the two electrodes 101, 102.
  • the measuring unit 108 is used to create a measuring circuit 110 for measuring a potential in the area of the measuring tip 107 opposite the Pb electrode 101.
  • the circuit shown is closed via a load resistor 111.
  • the measuring tip 107 can be positioned in any spatial points in the space 105 between the two electrodes 101, 102. In this way, local potential measurements can be carried out in the different spatial points.
  • the measuring points can be located in the space 105 in any local positions which are relatively displaced in height or laterally with respect to the position of the measuring tip 107 shown.
  • FIGS. 2 to 9 exemplary embodiments of a measuring method are explained with reference to FIGS. 2 to 9, in which the current is measured which flows through a measuring probe 106 between the two electrodes 101, 102 in the lead accumulator 100 when the polarization changes.
  • the polarization change is carried out periodically (FIG. 2), asymmetrically periodically (FIG.
  • the switching of the polarity is specified using a trigger circuit (not shown).
  • the current which flows against the electrodes 101 or 102 when the polarity of the probe 106 is reversed can be measured, for example, as a voltage drop across a suitable shunt resistor (not shown in FIG. 1). Since this voltage drop (and also the current) is very small, a suitable amplifier is expediently used, for example based on the lock-in technique.
  • FIG. 3 shows, by way of example, the basic response behavior of the measured variable M (for example the current measured as a voltage drop) as a function of time to a periodic trigger signal 200 according to FIG. 2.
  • the relaxation time of the measured current is approximately Is and the time between two polarity reversals approx. 0.3s.
  • the excitation of the examination system induced with the aid of the polarity reversal thus takes place at time intervals which are shorter than the relaxation time of the current.
  • other operating parameters e.g. a local concentration
  • the excitation pulse indicated by polarity reversal is given up for the other operating parameters after the relaxation time has expired.
  • FIG. 4 shows a graphic representation of the time profile of an overall variable P derived from the measured values M (t), M (t + ⁇ ) and M (t + 2 ⁇ ) according to FIG. 3 in a so-called delay phase space.
  • the measured values M (t), M (t + ⁇ ) and M (t + 2 ⁇ ) span a 3-dimensional, orthogonal coordinate system in which each point P is divided by three by vector addition. measured values offset from one another by the delay time ⁇ .
  • This is shown in FIG. 4 as an example for the point P (M (t), M (t + ⁇ ), M (t + 2 ⁇ )), which results from the corresponding three measured values from FIG. 3.
  • Arrows 204 indicate the direction of movement of the time course of point P.
  • the diversity that results from the movement of this point P the so-called attractor of the system, reflects the properties in a characteristic manner, particularly with regard to the dynamics of the system.
  • the attractor shown in FIG. 4 is typical of an (unstable) examination system that oscillates around a fixed point but does not run into it. This corresponds to the fact that the examination system is always disturbed before entering a stationary state, i.e. is driven into the reversed, non-stationary state. Furthermore, it can be concluded from the property of the attractor in FIG. 4 that the point P, due to a period of the trigger signal, ends up near the original position after a revolution, but not exactly there, that it is potentially a chaotic investigation system is. Quantitative information about the dynamics and thus also the chaotic properties of the system can be obtained from the Lyapunov exponents of the time series, which characterize their long-term behavior in a linear approximation. If the maximum Lyapunov exponent is positive, the system exhibits chaotic dynamics; and the magnitude of its value (for equal observation intervals) is a measure of the predictability of the system.
  • the response behavior of the accumulator 100 which can be registered with the aid of a current measurement, is a function of the physical (temperature) and electrochemical (for example acid density / electrolyte properties) properties of the system .
  • the properties of the accumulator 100 depend on the state of the accumulator 100, which is characterized, for example, by a specific charge / discharge state or state of aging. Depending on the state of the battery, 100 different Lyapunov exponents can be determined.
  • FIG. 5 shows an example of an asymmetrically periodic trigger sequence 205
  • FIG. 6 shows in principle the resulting response behavior of the measured variable M.
  • the polarization state is excited only briefly with the positive deflection 206, i.e. the system cannot relax from this into the steady state, while the polarization state with the negative deflection 207 is maintained for a sufficiently long time and the system can relax steady state 208 in this case.
  • FIG. 7 shows the attractor derived from the time series shown in FIG. 6.
  • This attractor is typical of a system which runs around the fixed point 211 when passing through the positive half space, indicated by the revolving arrow 209, while it runs into the fixed point 211 when passing through the negative half space, indicated by the revolving arrow 210 and is stimulated into the positive half-space only after a certain dwell time.
  • the chaotic trigger signal namely a sequence of excitation pulses that is not periodic in a finite time interval
  • the discrete Fourier spectrum of the example of periodic triggering given above becomes dense in a quasi-continuous spectrum lying frequencies transforms and gives the system the possibility to react to the external stimulation in various ways.
  • the structure of the chaotic attractor of the response behavior differs for different charge states of the accumulator 100 as well as that of the attractors in the case of periodic and asymmetrically periodic driving.

Abstract

The invention relates to a method for measuring a physical or chemical operating parameter for an analysis system, in particular an electrochemical cell. According to said method, the analysis system is repeatedly subjected to excitation with the aid of excitation impulses of a physical variable, in order to achieve a non-steady state that can be relaxed. The analysis system can be relaxed from said non-steady state with relation to the physical or chemical operating parameter into a steady state during a relaxation period that is characteristic of the physical or chemical operating parameter of the analysis system and the physical or chemical operating parameter is measured during the relaxation of the analysis system. The analysis system is subjected to successive excitation impulses of an excitation function, during which the successive excitation impulses excite the analysis system at intervals that are shorter than the relaxation period that is characteristic of the physical or chemical operating parameter of said system.

Description

Verfahren zum Messen eines physikalischen/chemischen Betriebsparameters für ein Untersuchungssystem Method for measuring a physical / chemical operating parameter for an examination system
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Meßverfahren, bei denen ein physikalischer und/oder chemischer Betriebsparameter für ein Untersuchungssystem gemessen werden, um Informa- tionen über charakteristische Eigenschaften des Untersuchungssystems zu gewinnen.The invention lies in the field of measuring methods in which a physical and / or chemical operating parameter for an examination system is measured in order to obtain information about characteristic properties of the examination system.
Derartige Meßverfahren werden in verschiedensten Anwendungsgebieten zur Charakterisierung von einfachen oder komplexen Systemen genutzt. Beispielsweise ist in der Druckschrift WO 03/041209 eine Vorrichtung zum räum- und zeitaufgelösten Messen eines Betriebsparameters einer elektrochemischen Zelle beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren werden ver- schiedene Meßanordnungen genutzt, um das dynamische Verhalten einer elektrochemischen Zelle zu analysieren. Zu diesem Zweck werden Polarisationswechsel an den Plattenelementen einer Batterie vorgenommen, so daß die Batterie mehrfach aus einem nicht-stationären Zustand in einen stationären Zustand relaxiert. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Wechsel der Polarisation. Hierbei kann vorgesehen sein, den Polarisationswechsel mehrfach hinter- einander durchzuführen, um Informationen über das Verhalten der Batterie bei periodischer Anregung zu gewinnen.Such measurement methods are used in a wide variety of applications to characterize simple or complex systems. For example, the publication WO 03/041209 describes a device for measuring an operating parameter of an electrochemical cell in a spatially and time-resolved manner. In the known method, different measuring arrangements are used to analyze the dynamic behavior of an electrochemical cell. For this purpose, polarization changes are made to the plate elements of a battery, so that the battery relaxes several times from a non-stationary state into a stationary state. This process is repeated each time the polarization changes. It can be provided here that the polarization change is carried out several times in succession in order to obtain information about the behavior of the battery with periodic excitation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Messen eines physikalischen/chemischen Betriebsparameters eines Untersuchungssystems anzugeben, welches die Analysemöglichkeiten hinsichtlich charakteristischer physikalischer/chemischer Ei- genschaften des Untersuchungssystems erweitert.The object of the present invention is to provide an improved method for measuring a physical / chemical operating parameter of an examination system, which extends the analysis options with regard to characteristic physical / chemical properties of the examination system.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß durch ein Verfahren zum Messen eines physikalischen/chemischen Betriebsparameters für ein Untersuchungssystem, insbesondere einer elektrochemischen Zelle, gelöst, bei dem das Untersuchungsystem mit Hilfe von Anregungsimpulsen einer das Untersuchungssystem beeinflussenden physikalischen Größe mehrfach be- aufschlagt wird, um in einen relaxierbaren, nicht-stationären Zustand des Untersuchungssystem angeregt zu werden, aus dem das Untersuchungssystem betreffend den physikalischen/chemischen Betriebsparameter in einer für den physikalischen/chemischen Betriebsparameter charaktiristischen Relaxationszeit relaxieren kann, und der physikalische/chemische Betriebsparameter beim Anregen wie beim Relaxieren des Untersuchungssystem gemessen wird. Das Untersuchungssystem wird hierbei mit aufeinanderfolgenden Anregungsimpulsen einer Anregungsfunktion entsprechend beaufschlagt, bei der die aufeinanderfolgenden Anregungsimpulse das Untersuchungssystem in einem zeitlichen Abstand anregen, welcher kürzer als die für den physikalischen/chemischen Betriebsparameter des Untersuchungssystem charakteristische Relaxationszeit ist. Eine vollständige Relaxation erfolgt prinzipiell nach einer unendlichen Zeit. Der Begriff Relaxationszeit in der hier verwendeten technischen Bedeutung ist die Zeit, in welcher das Untersuchungssystem bzw. der physikalische/chemische Betriebsparameter auf etwa 5% der maximalen Größe des angeregten Zustands wieder abgefallen ist bzw. sich zu etwa 95% dem angestrebten stationären Zustand des physikalischen/chemischen Betriebsparameters genähert hat. Während bei bekannten Meßverfahren eine Relaxation des Untersuchungssystems in einen stationären Zustand des Untersuchungssystems betreffend den physikalischen/chemischen Betriebsparameter beobachtet und erst danach gemessen wird, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem Relaxieren des Untersuchungssystems in den stationären Zustand eine weitere Anregung mit Hilfe eines folgenden Anregungsimpulses. Hierdurch wird gezielt ein im Vergleich zu dem bekannten Verfahren komplexeres Ant- wortverhalten des Untersuchungssystems induziert, was jedoch den auswertbaren Informationsgehalt der Meßgrößen hinsichtlich der Eigenschaften des Untersuchungssystems vergrößert. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Meßverfahrens kann insbesondere das Verhalten des Untersuchungssystems in Nicht-Gleichgewichtszuständen analysiert werden.According to the invention, this object is achieved by a method for measuring a physical / chemical operating parameter for an examination system, in particular an electrochemical cell, in which the examination system is acted upon several times with the aid of excitation pulses of a physical quantity influencing the examination system, in order to convert it into a relaxable, to be excited in a non-stationary state of the examination system, from which the examination system can relax with respect to the physical / chemical operating parameter in a relaxation time characteristic of the physical / chemical operating parameter, and the physical / chemical operating parameter is measured during excitation and when relaxing the examination system. The examination system is used with successive excitation pulses acted upon in accordance with an excitation function, in which the successive excitation pulses excite the examination system at a time interval which is shorter than the relaxation time characteristic of the physical / chemical operating parameters of the examination system. A complete relaxation takes place in principle after an infinite time. The term relaxation time in the technical meaning used here is the time in which the examination system or the physical / chemical operating parameter has dropped again to about 5% of the maximum size of the excited state or to approximately 95% the desired steady state of the physical / has approached the chemical operating parameters. While in known measuring methods a relaxation of the examination system into a stationary state of the examination system with respect to the physical / chemical operating parameters is observed and only measured afterwards, in the method according to the invention a further excitation takes place with the aid of a following excitation pulse before the examination system relaxes into the stationary state. In this way, a more complex response behavior of the examination system compared to the known method is specifically induced, but this increases the evaluable information content of the measured variables with regard to the properties of the examination system. With the aid of the proposed measuring method, in particular the behavior of the examination system in non-equilibrium states can be analyzed.
Bei dem Untersuchungssystem kann es sich um beliebige, einfach oder komplex gestaltete Systeme handeln, für die physikalische/chemische Meßgrößen mit geeigneten Meßsystemen erfaßt und die zumindest zu Meßzwecken mit Hilfe des Aufgebens einer physikalischen Größe aus einem stationären Zustand in einen nicht-stationären Zustand gebracht werden können, aus dem das System dann relaxiert. Die hierbei für das System charakteristische Relaxationszeit ist für verschiedenste Systeme bekannt oder kann mit Hilfe bekannter Meßverfahren ge- wonnen werden, um diese Zeitkonstante bei dem neu vorgeschlagenen Verfahren in der erläuterten Art und Weise zu berücksichtigen. Mögliche physikalische/chemische Meßgrößen sind grundsätzlich sämtliche meßbaren Parameter des untersuchten Systems, beispielsweise Strom, Spannung, Druck, Temperatur, Intensität einer Strahlung, Dichte oder Konzentration eines Stoffes oder dergleichen.The examination system can be any, simply or complexly designed systems for which physical / chemical measured variables are recorded using suitable measuring systems and which are brought at least for measuring purposes from a stationary state into a non-stationary state with the aid of a physical quantity from which the system then relaxes. The relaxation time which is characteristic of the system in this case is known for a wide variety of systems or can be obtained with the aid of known measuring methods in order to take this time constant into account in the manner explained in the newly proposed method. Possible physical / chemical measured variables are basically all measurable parameters of the system under investigation, for example current, voltage, pressure, temperature, intensity of radiation, density or concentration of a substance or the like.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß ein Spektrum der Anregungsfunktion in einem Frequenzraum von wenigstens zwei harmonischen Funktionen bzw. zwei Grundfrequenzen gebildet wird. Das Frequenzspektrum der Anregungsfunktion ergibt sich hierbei mit Hilfe einer Fourier-Transformation des zeitlichen Verlaufs der aufeinanderfolgen- den Anregungsimpulse. Dies hat zum einen den Vorteil, daß die Wahrscheinlichkeit, eine Eigenfrequenz des Systems anzuregen, vergrößert wird, und zum anderen, ein komplexeres Resonanzverhalten des antwortenden Systems zu induzieren. Dadurch können zusätzliche Aussagen, beispielsweise über die Dynamik des zu untersuchenden Systems gewonnen wer- den.An expedient development of the invention provides that a spectrum of the excitation function is formed in a frequency space by at least two harmonic functions or two fundamental frequencies. The frequency spectrum of the excitation function is obtained with the help of a Fourier transformation of the temporal course of the successive the stimulus. This has the advantage, on the one hand, that the probability of exciting a natural frequency of the system is increased, and, on the other hand, of inducing a more complex resonance behavior of the answering system. This enables additional statements to be made, for example about the dynamics of the system to be examined.
Um das Meßverfahren an verschiedene Anwendungsfälle beim Analysieren unterschiedlicher Untersuchungssysteme anzupassen, sehen Weiterbildungen der Erfindung vor, daß das Untersuchungssystem mit den aufeinanderfolgenden Anregungsimpulsen einer periodischen, einer asymmetrisch periodischen oder einer chaotischen Anregungsfunktion entsprechend angeregt wird. Auf diese Weise ist eine individuelle Anpassung des Meßverfahrens an die Komplexität unterschiedlicher Untersuchungssystem ermöglicht. So sind periodische Anregungsmuster bereits für Meß- und Steuerungsaufgaben geeignet, bei denen das Untersuchungssystem alternierend zwischen zwei nicht-stationären Zuständen eines oder mehrerer Betriebsparameter hin- und hergeschaltet wird und die Umschaltung jeweils während der Relaxationszeit erfolgt, so daß das System nie in einen stationären Zustand gelangt und somit immer fernab vom Gleichgewicht in den angeregten Zuständen gehalten wird (getriebene periodische Messung nicht-stationärer Zustände).In order to adapt the measuring method to different applications when analyzing different examination systems, further developments of the invention provide that the examination system is excited with the successive excitation pulses according to a periodic, an asymmetrically periodic or a chaotic excitation function. In this way, an individual adaptation of the measuring method to the complexity of different examination systems is made possible. Periodic excitation patterns are already suitable for measurement and control tasks in which the examination system is alternated between two non-stationary states of one or more operating parameters and the switchover takes place during the relaxation time, so that the system never goes into a steady state reached and thus always kept away from equilibrium in the excited states (driven periodic measurement of non-stationary states).
Asymmetrisch periodische Anregungsmuster können für Meß- und Steuerungsaufgaben verwendet werden, bei denen jeweils ein nicht-stationärer Zustand eines oder mehrerer Betriebs- parameter aus einem definierten stationären Zustand untersucht werden soll. Wird beispielsweise eine Anregungsfunktion mit einem kurzen Rechteckimpuls im oberen Niveau und einem darauf folgenden langen Rechteckimpuls im unteren Niveau verwendet, so wird das Untersuchungssystem kurzzeitig in einen nicht-stationären Zustand überführt, aus dem es nicht bis zum „Gleichgewicht" relaxieren kann, und anschließend in einen Zustand gebracht, aus dem es relaxiert, so daß die nächste Anregung in den kurzzeitigen Zustand aus dem „Gleichgewicht" erfolgt. Mit diesem Verfahren läßt sich beispielsweise das Verhalten eines Betriebsparameters in einem nicht-stationären Zustand ermitteln.Asymmetrically periodic excitation patterns can be used for measurement and control tasks in which a non-steady state of one or more operating parameters from a defined steady state is to be examined. If, for example, an excitation function with a short rectangular pulse in the upper level and a subsequent long rectangular pulse in the lower level is used, the examination system is briefly transferred to a non-stationary state from which it cannot relax to "equilibrium", and then in brought a state from which it relaxes, so that the next excitation in the short-term state occurs from the "equilibrium". This method can be used, for example, to determine the behavior of an operating parameter in a non-stationary state.
Durch Verwendung von chaotischen Anregungsmustern wird es möglich, ein Untersuchungssystem hinsichtlich seiner Komplexität umfassend zu erfassen und zu steuern, was insbeson- dere darauf zurückzuführen ist, daß die Anregung chaotisch aus stationären und nichtstationären Zuständen erfolgt. Eine chaotische Anregungsfünktion entspricht hierbei einer in einem endlichen Zeitintervall nicht periodischen Folge von Anregungsimpulsen. Da in einem chaotischen Anregungsmuster bereits ein erhöhter Informationsinhalt vorhanden ist, können aus dem Resonanzverhalten des (komplexen) Untersuchungssystems Rückschlüsse auf dessen Eigendynamik und damit seiner Steuerung gezogen werden. Beispielsweise folgt ein einfaches System dem Anregungsmuster, d.h. der gemessene Betriebsparameter zeigt einen dem der Anregungsfunktion entsprechenden Verlauf. Ein komplexes Untersuchungssystem enthält vorzugsweise in seinem Antwortverhalten zusätzliche charakteristische Muster, die über den Informationsinhalt des Anregungsmusters hinausgehen und sich somit hinsichtlich ihrer Komplexität analysieren und steuern lassen; d.h. ein chaotisches Verhalten wird mittels Chaos kontrolliert. Außerdem besteht die Möglichkeit, daß ein komplexes Untersuchungssystem ein Antwortverhalten mit einfacherem Muster als die Anregungsfunktion zeigt, d.h. den Informationsinhalt des Anregungsmusters dämpft, z.B. wenn die Anregungsfunktion sehr viel schneller als das Relaxationsverhalten des Untersuchungssystems betreffend den untersuchten Betriebsparameter ist. Darüber hinaus läßt dies Rückschlüsse auf die Komplexität des untersuchen Systems zu und eröffnet weitere Möglichkeiten der Steuerung komplexer Systeme sowie der Chaoskontrolle durch Chaos.The use of chaotic excitation patterns makes it possible to comprehensively record and control an examination system with regard to its complexity, which can be attributed in particular to the fact that the excitation occurs chaotically from stationary and non-stationary states. A chaotic excitation function corresponds to a sequence of excitation pulses that is not periodic in a finite time interval. There in one If there is already increased information content in chaotic excitation patterns, conclusions can be drawn from the resonance behavior of the (complex) examination system regarding its own dynamics and thus its control. For example, a simple system follows the excitation pattern, ie the measured operating parameter shows a course corresponding to the excitation function. A complex examination system preferably contains additional characteristic patterns in its response behavior, which go beyond the information content of the excitation pattern and can thus be analyzed and controlled with regard to their complexity; ie chaotic behavior is controlled by means of chaos. There is also the possibility that a complex examination system shows a response behavior with a simpler pattern than the excitation function, ie dampens the information content of the excitation pattern, for example if the excitation function is much faster than the relaxation behavior of the examination system regarding the examined operating parameters. In addition, this allows conclusions to be drawn about the complexity of the investigated system and opens up further possibilities for controlling complex systems and for controlling chaos through chaos.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß für den physikalischen/chemischen Betriebsparameter ein zeitlich chaotisches Verhalten gemessen und ausgewertet wird. Dieses chaotische Verhalten spiegelt - wie bereits im vorigen Abschnitt erwähnt - in charakteristischer Weise und mit hoher Sensitivität auch kleine Syste- mänderungen wider, so daß eine entsprechende Versuchsanordnung als empfindliche Meßsonde für das zu untersuchende System dienen kann.In an expedient embodiment of the invention it can be provided that a temporally chaotic behavior is measured and evaluated for the physical / chemical operating parameters. As already mentioned in the previous section, this chaotic behavior also reflects small system changes in a characteristic manner and with high sensitivity, so that a corresponding test arrangement can serve as a sensitive measuring probe for the system to be examined.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to a drawing. Here show:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle eines Blei- Akkumulators, in dem eine Meßsonde angeordnet ist;Figure 1 is a schematic representation of an electrochemical cell of a lead accumulator, in which a measuring probe is arranged;
Figur 2 eine Darstellung einer periodischen Amegungsfunktion für mehrere Polarisationswechsel in einem Akkumulator;FIG. 2 shows a periodic excitation function for several polarization changes in an accumulator;
Figur 3 eine Darstellung einer Zeitreihe für das Antwortverhalten eines Sonden-FIG. 3 shows a time series for the response behavior of a probe
Meßsystems in einem Akkumulator auf die periodische Anregungsfunktion in Figur 2; Figur 4 eine Darstellung eines 3-dimensionalen Delay-Attraktors mit den Koordinaten von Messwerten M(t), M(t+τ) und M(t+2τ) und für eine Verzögerungszeit (De- lay-Zeit) τ, der aus der Zeitreihe in Figur 2 abgeleitet wurde-Measuring system in an accumulator on the periodic excitation function in Figure 2; FIG. 4 shows a 3-dimensional delay attractor with the coordinates of measured values M (t), M (t + τ ) and M (t + 2 τ ) and for a delay time (delay time) τ that results from the Time series in Figure 2 was derived-
Figur 5 eine Darstellung einer asymmetrisch periodischen Anregungsfunktion für mehre- re Polarisationswechsel in einem Akkumulator;FIG. 5 shows an asymmetrical periodic excitation function for multiple polarization changes in an accumulator;
Figur 6 eine Darstellung einer Zeitreihe für das Antwortverhalten eines Sonden-FIG. 6 shows a time series for the response behavior of a probe
Meßsystems in einem Akkumulator auf die asymmetrisch periodische Anregungsfunktion in Figur 5;Measuring system in an accumulator on the asymmetrical periodic excitation function in Figure 5;
Figur 7 eine Darstellung des Delay-Attraktors, der aus der Zeitreihe in Figur 6 abgeleitet wurde;FIG. 7 shows the delay attractor, which was derived from the time series in FIG. 6;
Figur 8 eine Darstellung einer chaotischen Anregungsfunktion für mehrere Polarisiti- onswechsel in einem Akkumulator; undFIG. 8 shows an illustration of a chaotic excitation function for several polarization changes in an accumulator; and
Figur 9 eine Darstellung eines Delay-Attraktors, der aus einer Zeitreihe eines Antwortverhaltens (nicht dargestellt) auf die chaotische Anregungsfunktion in Figur 8 erzeugt wurde.FIG. 9 shows an illustration of a delay attractor that was generated from a time series of a response behavior (not shown) to the chaotic excitation function in FIG. 8.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blei-Akkumulators 100 mit einer Pb- Elektrode 101 und einer PbO2-Elektrode 102. Die beiden Elektroden 101, 102 sind in einer Elektrolytlösung 103 auf Basis von H2SO4 angeordnet. Zwischen den beiden Elektroden 101, 102 ist ein Separator 104 positioniert. In einem Raum 105 zwischen den beiden Elektroden 101, 102 ist eine Meßsonde 106 angeordnet, an der eine Meßspitze 107 ausgebildet ist. Die Meßsonde 106 ist über eine hochohmige Meßeinheit 108 an einen Stromkreis 109, welcher die beiden Elektroden 101, 102 verbindet, angeschlossen. Mit Hilfe der Meßeinheit 108 ist ein Meßkreis 110 zum Messen eines Potentials im Bereich der Meßspitze 107 gegenüber der Pb- Elektrode 101 geschaffen. Der dargestellte Stromkreis ist über einen Lastwiderstand 111 ge- schlössen.FIG. 1 shows a schematic illustration of a lead accumulator 100 with a Pb electrode 101 and a PbO 2 electrode 102. The two electrodes 101, 102 are arranged in an electrolyte solution 103 based on H 2 SO 4 . A separator 104 is positioned between the two electrodes 101, 102. A measuring probe 106, on which a measuring tip 107 is formed, is arranged in a space 105 between the two electrodes 101, 102. The measuring probe 106 is connected via a high-resistance measuring unit 108 to a circuit 109 which connects the two electrodes 101, 102. The measuring unit 108 is used to create a measuring circuit 110 for measuring a potential in the area of the measuring tip 107 opposite the Pb electrode 101. The circuit shown is closed via a load resistor 111.
Um Informationen über den Zustand des Blei- Akkumulators 100 zu erhalten, kann die Meßspitze 107 in beliebigen Raumpunkten in dem Raum 105 zwischen den beiden Elektroden 101, 102 positioniert werden. Auf diese Weise können in den unterschiedlichen Raumpunkten jeweils lokale Potentialmessungen durchgeführt werden. Die Meßpunkte können sich in dem Raum 105 in beliebigen lokalen Positionen befinden, die hinsichtlich der gezeigten Position der Meßspitze 107 in der Höhe oder seitlich relativ verschoben sind. Anhand der Figuren 2 bis 9 werden im folgenden Ausführungsbeispiele für ein Meßverfahren erläutert, bei denen der Strom gemessen wird, der bei einem Polarisationswechsel in dem Blei-Akkumulator 100 durch die Meßsonde 106 zwischen beiden Elektroden 101, 102 fließt. Der Polarisationswechsel wird hierbei periodisch (Figur 2), asymmetrisch periodisch (Figur 5) und chaotisch (Figur 7) ausgeführt. Das Umschalten der Polarität wird mit Hilfe einer Triggerschaltung (nicht dargestellt) vorgegeben. Der Strom, der beim Umpolen der Sonde 106 gegen die Elektrode 101 bzw. 102 fließt, kann beispielsweise als Spannungsabfall über einem geeigneten Shunt- Widerstand gemessen werden (in Figur 1 nicht dargestellt). Da dieser Spannungsabfall (und auch der Strom) sehr gering ist, wird zweckmäßig ein geeigneter Ver- stärker genutzt, beispielsweise auf Basis der Lock-In-Technik.In order to obtain information about the state of the lead accumulator 100, the measuring tip 107 can be positioned in any spatial points in the space 105 between the two electrodes 101, 102. In this way, local potential measurements can be carried out in the different spatial points. The measuring points can be located in the space 105 in any local positions which are relatively displaced in height or laterally with respect to the position of the measuring tip 107 shown. In the following, exemplary embodiments of a measuring method are explained with reference to FIGS. 2 to 9, in which the current is measured which flows through a measuring probe 106 between the two electrodes 101, 102 in the lead accumulator 100 when the polarization changes. The polarization change is carried out periodically (FIG. 2), asymmetrically periodically (FIG. 5) and chaotically (FIG. 7). The switching of the polarity is specified using a trigger circuit (not shown). The current which flows against the electrodes 101 or 102 when the polarity of the probe 106 is reversed can be measured, for example, as a voltage drop across a suitable shunt resistor (not shown in FIG. 1). Since this voltage drop (and also the current) is very small, a suitable amplifier is expediently used, for example based on the lock-in technique.
Je nach vorgegebener Anregungsfunktion/Triggersequenz (periodisch, asymmetrisch periodisch, chaotisch) erhält man ein charakteristisches Antwortverhalten. Figur 3 zeigt beispielhaft das prinzipielle Antwortverhalten der Meßgröße M (z.B. den als Spannungsabfall gemessenen Strom) in Abhängigkeit von der Zeit auf ein periodisches Triggersignal 200 gemäß Fi- gur 2. In dem Beispiel beträgt die Relaxationszeit des gemessenen Stroms ca. Is und die Zeit zwischen zwei Umpolungen ca. 0,3s. Somit erfolgt die mit Hilfe der Umpolung induzierte Anregung des Untersuchungssystems in Zeitabständen, die kürzer als die Relaxationszeit des Stroms sind. Hierbei ist es parallel möglich, daß andere Betriebsparameter (beispielsweise eine lokale Konzentration) als der gemessenen Strom nach der Umpolung in kürzerer Zeit als der gemessene Strom relaxieren, so daß der mittels Umpolung indizierte Anregungsimpuls nach Ablauf der Relaxationszeit für die anderen Betriebsparameter aufgegeben wird.Depending on the given excitation function / trigger sequence (periodic, asymmetrical periodic, chaotic), a characteristic response behavior is obtained. FIG. 3 shows, by way of example, the basic response behavior of the measured variable M (for example the current measured as a voltage drop) as a function of time to a periodic trigger signal 200 according to FIG. 2. In the example, the relaxation time of the measured current is approximately Is and the time between two polarity reversals approx. 0.3s. The excitation of the examination system induced with the aid of the polarity reversal thus takes place at time intervals which are shorter than the relaxation time of the current. In parallel, it is possible that other operating parameters (e.g. a local concentration) than the measured current after the polarity reversal relax in a shorter time than the measured current, so that the excitation pulse indicated by polarity reversal is given up for the other operating parameters after the relaxation time has expired.
Mit der Umschaltung der Polarisation - in Figur 3 angedeutet mittels gestrichelter senkrechter Linien 201 - der Meßsonde 106 erhält man alternierend einen positiven Ausschlag 202 und einen negativen Ausschlag 203 der Meßgröße M, der jeweils einem kapazitiven Strom, d.h. einem durch den Polarisationswechsel bedingten Ladungsfluß, entspricht. In Figur 3 sind beispielhaft drei Meßwerte M(t), M(t+τ) und M(t+2τ) eingezeichnet, die sich in gleichen Zeitabständen τ zu den Zeitpunkten t, t+τ und t+2τ ergeben, wobei τ die Delay-Zeit ist.Switching the polarization - indicated in FIG. 3 by dashed vertical lines 201 - of the measuring probe 106 alternately produces a positive deflection 202 and a negative deflection 203 of the measured variable M, which corresponds to a capacitive current, ie a charge flow caused by the change in polarization , In Figure 3, three measured values M (t), M (t + τ ) and M (t + 2 τ ) are shown as an example, which result at equal time intervals τ at the times t, t + τ and t + 2 τ , where τ is the Delay time is.
Figur 4 zeigt eine grafische Darstellung des Zeitverlaufs einer aus den Meßwerten M(t), M(t+τ) und M(t+2τ) nach Figur 3 abgeleiteten Gesamtgröße P in einem so genannten Delay- Phasenraum. Die Meßwerte M(t), M(t+τ) und M(t+2τ) spannen ein 3-dimensionales, orthogonales Koordinatensystem auf, in dem sich jeder Punkt P durch Vektoraddition dreier auf- einander, um die Delay-Zeit τ versetzter Meßwerte ergibt. Dies ist in Figur 4 beispielhaft für den Punkt P(M(t), M(t+τ), M(t+2τ)) dargestellt, der aus den entsprechenden drei Meßwerten der Figur 3 resultiert. Pfeile 204 deuten die Bewegungsrichtung des zeitlichen Verlaufs des Punktes P an. Die Mannigfaltigkeit, die durch die Bewegung dieses Punktes P resultiert, der so genannte Attraktor des Systems, spiegelt in charakteristischer Weise die Eigenschaften wieder, insbesondere hinsichtlich der Dynamik des Systems.FIG. 4 shows a graphic representation of the time profile of an overall variable P derived from the measured values M (t), M (t + τ ) and M (t + 2 τ ) according to FIG. 3 in a so-called delay phase space. The measured values M (t), M (t + τ ) and M (t + 2 τ ) span a 3-dimensional, orthogonal coordinate system in which each point P is divided by three by vector addition. measured values offset from one another by the delay time τ . This is shown in FIG. 4 as an example for the point P (M (t), M (t + τ ), M (t + 2 τ )), which results from the corresponding three measured values from FIG. 3. Arrows 204 indicate the direction of movement of the time course of point P. The diversity that results from the movement of this point P, the so-called attractor of the system, reflects the properties in a characteristic manner, particularly with regard to the dynamics of the system.
Der in Figur 4 dargestellte Attraktor ist typisch für ein (instabiles) Untersuchungssystem, das um einen Fixpunkt oszilliert, aber nicht in diesen hinein läuft. Dies korrespondiert zu der Tatsache, daß das Untersuchungssystem immer vor dem Einlaufen in einen stationären Zustand gestört, d.h. in den umgepolten, nicht-stationären Zustand getrieben wird. Ferner läßt sich aus der Eigenschaft des Attraktors in Figur 4, daß der Punkt P, bedingt durch eine Periode des Triggersignals, nach einem Umlauf in der Nähe der ursprünglichen Position landet, aber nicht genau dort, schließen, daß es sich potentiell um ein chaotisches Untersuchungssystem handelt. Eine quantitative Information über die Dynamik und damit auch die chaotischen Eigenschaf- ten des Systems erhält man aus den Lyapunov-Exponenten der Zeitreihe, die deren Langzeitverhalten in linearer Näherung charakterisieren. Ist der maximale Lyapunov-Exponent positiv, so weist das System eine chaotische Dynamik auf; und die Größe seines Wertes (für gleiche Beobachtungsintervalle) ist ein Maß für die Vorhersagbarkeit des Systems.The attractor shown in FIG. 4 is typical of an (unstable) examination system that oscillates around a fixed point but does not run into it. This corresponds to the fact that the examination system is always disturbed before entering a stationary state, i.e. is driven into the reversed, non-stationary state. Furthermore, it can be concluded from the property of the attractor in FIG. 4 that the point P, due to a period of the trigger signal, ends up near the original position after a revolution, but not exactly there, that it is potentially a chaotic investigation system is. Quantitative information about the dynamics and thus also the chaotic properties of the system can be obtained from the Lyapunov exponents of the time series, which characterize their long-term behavior in a linear approximation. If the maximum Lyapunov exponent is positive, the system exhibits chaotic dynamics; and the magnitude of its value (for equal observation intervals) is a measure of the predictability of the system.
Wendet man diese Überlegungen beispielhaft auf das in Figur 1 dargestellte Meßsystem an, so ist das Antwortverhalten des Akkumulators 100, welches mit Hilfe einer Strommessung registriert werden kann, eine Funktion der physikalischen (Temperatur) und elektrochemischen (beispielsweise Säuredichte-/Elektrolyteigenschaften) Eigenschaften des Systems. Die Eigenschaften des Akkumulators 100 hängen vom Zustand des Akkumulators 100 ab, welcher beispielsweise durch einen bestimmten Lade-/Entladezustand oder Alterungszustand charak- terisiert ist. Es lassen sich in Abhängigkeit vom Zustand des Akkumulators 100 verschiedene Lyapunov-Exponenten ermitteln. Der in Figur 4 dargestellte Attraktor eines prinzipiellen Antwortverhaltens für einen als Spannungsabfall gemessenen Stromverlauf ändert in Abhängigkeit von periodischer Triggerung aus nicht-stationären Zuständen in Abhängigkeit beispielsweise vom Ladezustand, Alterungszustand, Belastungungszustand oder der Temperatur auf charakteristische Weise seine Gestalt, beispielsweise in seiner Raumausfüllung. Dies äußert sich dann natürlich auch in den entsprechenden Lyapunov-Exponenten. Somit können mit Hilfe der Auswertung der Stommessung bei periodischem Polarisationswechsel Informationen über den Ladezustand des Akkumulators 100 gewonnen werden.If one applies these considerations to the measuring system shown in FIG. 1, the response behavior of the accumulator 100, which can be registered with the aid of a current measurement, is a function of the physical (temperature) and electrochemical (for example acid density / electrolyte properties) properties of the system , The properties of the accumulator 100 depend on the state of the accumulator 100, which is characterized, for example, by a specific charge / discharge state or state of aging. Depending on the state of the battery, 100 different Lyapunov exponents can be determined. The attractor of a basic response behavior shown in FIG. 4 for a current profile measured as a voltage drop changes its shape in a characteristic manner depending on periodic triggering from non-stationary conditions depending on, for example, the state of charge, the state of aging, the state of stress or the temperature, for example in its space filling. This is of course also expressed in the corresponding Lyapunov exponents. So you can With the help of the evaluation of the current measurement in the case of a periodic change in polarization, information about the state of charge of the battery 100 can be obtained.
Eine asymmetrische Variation der Anregungsfunktion/des Triggersignals ändert das Fourier- Spektrum des treibenden Triggersignals, d.h. die Anregungsfunktion und damit auch das Antwortverhalten des Gesamtsystems, welches den Akkumulator 100 und die Meßsonde 106 umfaßt. Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine asymmetrisch periodische Triggersequenz 205, und Figur 6 zeigt prinzipiell das resultierende Antwortverhalten der Meßgröße M. Im gewählten Beispiel wird der Polarisationszustand mit dem positiven Ausschlag 206 nur kurzzeitig angeregt, d.h. das System kann hieraus nicht in den stationären Zustand relaxieren, während der Polarisationszustand mit dem negativen Ausschlag 207 hinreichend lange erhalten bleibt und das System in diesem Fall stationären Zustand 208 relaxieren kann.An asymmetrical variation of the excitation function / the trigger signal changes the Fourier spectrum of the driving trigger signal, i.e. the excitation function and thus also the response behavior of the overall system, which includes the accumulator 100 and the measuring probe 106. FIG. 5 shows an example of an asymmetrically periodic trigger sequence 205, and FIG. 6 shows in principle the resulting response behavior of the measured variable M. In the selected example, the polarization state is excited only briefly with the positive deflection 206, i.e. the system cannot relax from this into the steady state, while the polarization state with the negative deflection 207 is maintained for a sufficiently long time and the system can relax steady state 208 in this case.
Figur 7 zeigt den aus der in Figur 6 dargestellten Zeitreihe abgeleiteten Attraktor. Dieser Attraktor ist typisch für ein System, das beim Durchlauf durch den positiven Halbraum, gekennzeichnet durch den Umlaufpfeil 209, um den Fixpunkt 211 herum läuft, während es beim Durchlauf durch den negativen Halbraum, gekennzeichnet durch den Umlaufpfeil 210, in den Fixpunkt 211 einläuft und erst nach einer bestimmten Verweilzeit in diesem erneut in den positiven Halbraum angeregt wird.FIG. 7 shows the attractor derived from the time series shown in FIG. 6. This attractor is typical of a system which runs around the fixed point 211 when passing through the positive half space, indicated by the revolving arrow 209, while it runs into the fixed point 211 when passing through the negative half space, indicated by the revolving arrow 210 and is stimulated into the positive half-space only after a certain dwell time.
Geht man zum chaotischen Triggersignal über (vgl. Figur 8), nämlich einer in einem endlichen Zeitintervall nicht periodischen Folge von Anregungsimpulsen, so wird das diskrete Fourier-Spektrum des oben gegebenen Beispiels der periodischen Triggerung (vgl. Figur 2) in ein quasikontinuierliches Spektrum dicht liegender Frequenzen verwandelt und gibt dem System die Möglichkeit, in vielfältiger Weise auf die äußere Anregung zu reagieren. Die Struktur des chaotischen Attraktors des Antwortverhaltens (vgl. Figur 9) unterscheidet sich erwartungsgemäß für verschiedene Ladezustände des Akkumulators 100 wie auch von der der At- traktoren bei periodischem und asymmetrisch periodischem Treiben.If one proceeds to the chaotic trigger signal (see FIG. 8), namely a sequence of excitation pulses that is not periodic in a finite time interval, the discrete Fourier spectrum of the example of periodic triggering given above (see FIG. 2) becomes dense in a quasi-continuous spectrum lying frequencies transforms and gives the system the possibility to react to the external stimulation in various ways. As expected, the structure of the chaotic attractor of the response behavior (see FIG. 9) differs for different charge states of the accumulator 100 as well as that of the attractors in the case of periodic and asymmetrically periodic driving.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein. The features of the invention disclosed in the above description, the claims and the drawing can be of importance both individually and in any combination for realizing the invention in its various embodiments.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Messen eines physikalischen/chemischen Betriebsparameters für ein Untersuchungssystem, insbesondere eine elektrochemische Zelle, bei dem das Untersuchungssystem mit Hilfe von Anregungsimpulsen einer das Untersuchungssystem beein- flußenden physikalischen Größe mehrfach beaufschlagt wird, um in einen relaxierbaren, nicht-stationären Zustand des Untersuchungssystems angeregt zu werden, aus dem das Untersuchungssystem betreffend den physikalischen/chemischen Betriebsparameter in einer für den physikalischen/chemischen Betriebsparameter des Untersuchungssystems charakteristischen Relaxationszeit in einen stationären Zustand des Untersuchungssy- stems relaxieren kann, und der physikalische/chemische Betriebsparameter beim Relaxieren des Untersuchungssystems gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersuchungssystem mit aufeinanderfolgenden Anregungsimpulsen einer Anregungsfunktion entsprechend beaufschlagt wird, bei der die aufeinanderfolgenden Anregungsimpulse das Untersuchungssystem in einem zeitlichen Abstand anregen, welcher kürzer als die für den physikalischen/chemischen Betriebsparameter des Untersuchungssystems charakteristische Relaxationszeit ist.1. Method for measuring a physical / chemical operating parameter for an examination system, in particular an electrochemical cell, in which the examination system is acted upon several times with the aid of excitation impulses of a physical quantity influencing the examination system in order to bring the examination system into a relaxable, non-stationary state to be stimulated, from which the examination system regarding the physical / chemical operating parameters can relax into a stationary state of the examination system in a relaxation time characteristic of the physical / chemical operating parameters of the examination system, and the physical / chemical operating parameters are measured when the examination system relaxes, characterized in that the examination system is subjected to successive excitation pulses corresponding to an excitation function in which the successive excitation pulses can excite the examination system at a time interval which is shorter than the relaxation time characteristic of the physical / chemical operating parameters of the examination system.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Spektrum der Anregungsfunktion in einem Frequenzraum von wenigstens zwei harmonischen Funktionen gebildet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a spectrum of the excitation function is formed in a frequency space of at least two harmonic functions.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersuchungssystem mit den aufeinanderfolgenden Anregungsimpulsen einer periodischen An- regungsfunktion entsprechend angeregt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the examination system is excited with the successive excitation pulses of a periodic excitation function accordingly.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersuchungssystem mit den aufeinanderfolgenden Anregungsimpulsen einer asymmetrisch periodischen Anregungsfunktion entsprechend angeregt wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the examination system is excited with the successive excitation pulses of an asymmetrically periodic excitation function accordingly.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersuchungssystem mit den aufeinanderfolgenden Anregungsimpulsen einer chaotischen Anregungsfunktion entsprechend angeregt wird. 5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the examination system is excited with the successive excitation pulses of a chaotic excitation function accordingly.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e nn z e i c hn e t, daß für den physikalischen/chemischen Betriebsparameter ein zeitlich chaotisches Verhalten gemessen und ausgewertet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized g e k e nn z e i c hn e t that a temporally chaotic behavior is measured and evaluated for the physical / chemical operating parameters.
7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Messen einer elektrischen Kenngröße mit Hilfe einer elektrischen Meßsonde in einer elektrochemischen Zelle, insbesondere einer Batterie, wobei mittels der aufeinanderfolgenden Anregungsimpulse jeweils ein Polarisationswechsel zwischen einem negativen und einem positiven Zellenelement ausgeführt wird. 7. Use of the method according to one of claims 1 to 6 for measuring an electrical parameter with the aid of an electrical measuring probe in an electrochemical cell, in particular a battery, wherein a polarization change between a negative and a positive cell element is carried out by means of the successive excitation pulses.
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