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NEUES VERFAHREN ZUR ONLINE-SCHÄTZUNG DER NIEDERFREQUENZ-IMPEDANZ VON LITHIUM-IONEN-BATTERIEN

  • Impedanzabschätzung mit separatem Algorithmus für hoch- und niederfrequente Prozesse
  • Theoretischer Hintergrund zu den beobachtbaren Frequenzen der Impedanz in realen Zyklusdaten
  • Der Algorithmus basiert auf Identifikationsfenstern und arbeitet nicht rekursiv
  • Spannungsfehler für kommerzielle 18650 NCA-Zellen unter 10mV während des Validierungszyklus.

Die Impedanz ist eine wichtige Kenngröße der Lithium-Ionen-Batterie, da sie ihre Leistungsfähigkeit direkt beeinflusst. Allerdings hängt die Impedanz einer Batterie stark von den Nutzungsbedingungen ab und steigt im Laufe der Lebensdauer der Batterie aufgrund der Degradation der Batterie an. Kontinuierliches Tracking der Impedanz kann daher aussagekräftige Einblicke über den Alterungszustand einer Batterie geben. Die On-line-Bestimmung der Impedanzparameter einer Batterie, insbesondere bei niedrigen Frequenzen, ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die in der Literatur noch nicht eindeutig gelöst ist. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus zur On-Line-Bestimmung der Batterieimpedanz vorgestellt, der zur Quantifizierung der Impedanz Diffusionsprozesse bei niedrigen Frequenzen nutzt. Der auf diesem neuartigen Ansatz beruhende Algorithmus parametrisiert ein aus RC-Gliedern bestehendes Ersatzschaltbild, das die Li-Ionen-Kinetik nachbildet. Die On-Line-Funktionalität wird durch Parametrisierung des Modells während der Parameteridentifikationsfenster der Batteriebetriebsdaten ermöglicht, das die Trennung von Hoch- und Niederfrequenzdynamiken erlaubt. Der entwickelte Algorithmus ist so ausgelegt, dass er in Zukunft unter Berücksichtigung der relevanten Rechen- und Speichergrenzen in einen kostengünstigen Mikrocontroller eingebettet werden kann. Bei der experimentellen Validierung mit einer kommerziellen Li-Ionen-Batterie wird der mittlere quadratische Fehler der simulierten Spannung bei verschiedenen statischen und dynamischen Belastungen im Vergleich zu einem Benchmark-Algorithmus ohne den dargestellten Ansatz um über 50% reduziert.