- Titel
- Verifizierung und Optimierung von Messverfahren zur Bestimmung der Verlustleistung in Batteriezellen von Speichersystemen
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:l189-qucosa2-971616
- Datum der Einreichung
- 25.11.2024
- Abstract (DE)
- Zur präzisen Bestimmung der Wärmeentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien werden verschie-dene Messmethoden untersucht und bewertet. Der Fokus liegt auf der Analyse des Zellinnenwi-derstands und der damit verbundenen Verlustleistung. Im Rahmen einer theoretischen Vorunter-suchung werden das Stromimpulsverfahren, die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und das Konstantstromverfahren betrachtet. Anschließend erfolgt die Durchführung der Verfah-ren an einem Batteriemodul mit Zellen aus Lithium-Eisen-Phosphat. Um die Genauigkeit der Er-gebnisse zu bewerten, wird eine thermische Testplattform verwendet. Über die Eingabe der Mes-sergebnisse wird auf der Testplattform das thermische Verhalten des Batteriemoduls simuliert. Der Abgleich der Simulationsergebnisse mit einer Referenzmessung liefert schließlich die auschlagge-benden Bewertungskriterien. Die Untersuchungen zeigen, dass das Konstantstromverfahren auf der Testplattform die präzises-ten Ergebnisse liefert. Gleichzeitig lässt sich feststellen, dass die Verlustleistung beim Stromimpuls-verfahren stark von der Impulsdauer abhängt. Längere Impulsdauern von über 10 s steigern die Genauigkeit dieses Verfahrens deutlich. Auch bei der EIS-Messung lässt sich ein Optimierungspo-tenzial identifizieren. Hier könnte eine Steigerung der Präzision erreicht werden, indem Erreger-stromfrequenzen unter 0,1 Hz einbezogen werden.
- Freie Schlagwörter (DE)
- Verlustleistungsmessung, thermische Modellierung, elektrische Impedanzspektroskopie, Lithium-Eisen-Phosphat
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Leipzig
- Sonstige beteiligte Institution
- SENEC GmbH, Leipzig
- Version / Begutachtungsstatus
- angenommene Version / Postprint / Autorenversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:l189-qucosa2-971616
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 21.05.2025
- Dokumenttyp
- Masterarbeit / Staatsexamensarbeit
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY 4.0- Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielsetzung der Arbeit 2 1.3 Aufbau der Arbeit 3 2 Theoretische Grundlagen 4 2.1 Grundlagen von Lithium-Ionen-Batterien 4 2.1.1 Funktionsweise 4 2.1.2 Definition wichtiger Größen 6 2.1.3 Elektrochemische Prozesse und das Zellmodell 6 2.1.4 Wärmeentwicklung auf Zellebene 8 2.1.5 Wärmeentwicklung auf Modulebene 10 2.2 Prozesse der Wärmeübertragung 11 2.2.1 Wärmeleitung 11 2.2.2 Konvektion 11 2.2.3 Strahlung 14 3 Methoden zur Verlustleistungsbestimmung 15 3.1 Elektrochemische-Impedanzspektroskopie 15 3.2 Stromimpuls 17 3.3 Konstantstrommessung 18 3.4 Vor- und Nachteile der betrachteten Methoden 20 4 Vorstellung des analysierten Batteriemoduls 23 4.1 Technische Spezifikation 23 4.2 Aufzeichnung Leerlaufspannungskennlinie 25 5 Durchführung der Verlustleistungsmessungen 30 5.1 Versuchsvorbereitung 30 5.1.1 Versuchsaufbau 30 5.1.2 Ablaufplan 31 5.2 Anwendung Stromimpulsmessverfahren 33 5.2.1 Datenerfassung und -aufbereitung 34 5.2.2 Datenauswertung 34 5.3 Anwendung EIS-Verfahren 37 5.3.1 Datenerfassung und -aufbereitung 38 5.3.2 Datenauswertung 38 5.4 Anwendung Konstantstromverfahren 41 5.4.1 Datenerfassung und -aufbereitung 41 5.4.2 Datenauswertung 41 6 Validierung und Diskussion 47 6.1 Entwicklung einer Testplattform 47 6.1.1 Modellierungsansatz 47 6.1.2 Elektrisches System 48 6.1.3 Thermisches System 49 6.2 Aufzeichnung Referenzmessung und Modellvalidierung 52 6.2.1 Referenzmessung 52 6.2.2 Validierung der Konvektionskoeffizienten 54 6.3 Auswertung der Testergebnisse 55 6.3.1 Innenwiderstände auf Basis des EIS- / Stromimpulsverfahrens mit t < 1 s 55 6.3.2 Innenwiderstände auf Basis des Stromimpulsmessverfahrens mit t = 10 s 56 6.3.3 Innenwiderstände auf Basis des Konstantstrommessverfahrens 57 6.3.4 Bewertung der Messverfahren 59 7 Zusammenfassung und Ausblick 63 7.1 Zusammenfassung 63 7.2 Ausblick 65 8 Literaturverzeichnis 67