Eine der Hürden auf dem Weg zur Marktetablierung von electric vehicles (folgend EVs) ist der Entwicklungsstand der Batterien für diese Fahrzeuge. Eine detaillierte Kenntnis über die zu erwartende Lebensdauer, sowie die Alterungseigenschaften der Batterien ist für ihre Weiterentwicklung und Optimierung von zentraler Bedeutung. Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen dieser Arbeit ein messtechnisch gestütztes Modells zur Berechnung der kalendarischen Alterung (∆〖SOH〗_t) der Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4)-Batterien entwickelt. Das Modell stellt die kalendarische Alterung (∆〖SOH〗_t) als eine Funktion des State of Health (SOH), des State of Charge (SOC) sowie der Temperatur und der Lagerungszeit dar. Hierzu findet zunächst eine messtechnische Untersuchung der LiFePO4-Batterien statt. Es wird eine Messmatrix definiert, die Temperaturen zwischen 0 °C und 60 °C sowie Ladezustände (SOC) von 10 % bis 100 % abbildet. Die kalendarische Alterung wird für die festgelegten Punkte in der Matrix messtechnisch bestimmt. Darüber hinaus erfolgt durch Vorgabe verschiedener Eingangsparameter, wie z. B. SOH, SOC, Lagerungszeit und Lagerungstemperatur in das Modell die Berechnung der kalendarischen Alterung auf Basis der kubischen Spline-Interpolation für jeden beliebigen Punkt innerhalb der Matrix.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einführung
- 2 Grundlagen
- 2.1 Aufbau und Funktionsweise der Batterien
- 2.2 Kenndaten in der Batterietechnik
- 2.3 Lithium-Ionen-Batterien
- 2.4 Lithium-Eisen-Phosphat(LiFePO4)-Batterien
- 3 Methodik zur Berechnung der kalendarischen Alterung
- 3.1 Messaufbauten und Messmethodik
- 3.2 Mathematische Formulierung der kalendarischen Alterung (ASOHt)
- 4 Vorstellung und Auswertung der Messergebnisse
- 4.1 Vorstellung und Auswertung der SOH-Verläufe der Hauptpunkte der Messmatrix
- 4.2 Vorstellung und Auswertung der SOH-Verläufe aus den Center-Points und den Randpunkten der Messmatrix
- 5 Simulation des Modells
- 5.1 Überprüfung des Modells auf Plausibilität anhand einer Reihe von Beispielen
- 5.2 Interpretation der Ergebnisse aus dem Modell
- 6 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit zielt auf die Entwicklung eines messtechnisch gestützten Modells zur Berechnung der kalendarischen Alterung von LiFePO4-Batterien ab. Dies ist relevant für die Weiterentwicklung und Optimierung von Batterien für Elektrofahrzeuge. Das Modell soll die kalendarische Alterung als Funktion des State of Health (SOH), State of Charge (SOC), der Temperatur und der Lagerungszeit darstellen.
- Entwicklung eines Modells zur Berechnung der kalendarischen Alterung von LiFePO4-Batterien
- Messtechnische Untersuchung der Alterungseigenschaften von LiFePO4-Batterien unter verschiedenen Bedingungen (Temperatur, SOC)
- Anwendung der kubischen Spline-Interpolation zur Modellierung der Alterung
- Validierung des Modells anhand von Simulationsergebnissen
- Bewertung der Genauigkeit des entwickelten Modells
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Dieses Kapitel liefert eine Einleitung in die Thematik der Batterieaalterung im Kontext von Elektrofahrzeugen. Es wird die Relevanz der Arbeit und die wissenschaftlichen Ziele erläutert, sowie der Aufbau der Diplomarbeit skizziert. Die Motivation liegt in der Notwendigkeit, die Lebensdauer von LiFePO4-Batterien besser vorherzusagen, um die Marktetablierung von Elektrofahrzeugen zu fördern.
2 Grundlagen: Dieses Kapitel vermittelt grundlegendes Wissen über den Aufbau und die Funktionsweise von Batterien, insbesondere LiFePO4-Batterien. Es werden wichtige Kenndaten wie Stromstärke (C-Rate), Energie- und Leistungsdichte, Nennspannung, Nennkapazität, Innenwiderstand, SOC (State of Charge) und SOH (State of Health) definiert und erläutert. Der Fokus liegt auf den reversiblen und irreversiblen Kapazitätsverlusten, wobei die kalendarische Alterung als wichtiger Aspekt des irreversiblen Kapazitätsverlustes hervorgehoben wird.
3 Methodik zur Berechnung der kalendarischen Alterung: Dieses Kapitel beschreibt die Methodik zur Bestimmung der kalendarischen Alterung. Es werden die Messaufbauten und -methoden detailliert dargestellt, inklusive der Definition der Messmatrizen mit verschiedenen Temperaturen und Ladezuständen (SOC). Die mathematische Formulierung der kalendarischen Alterung wird vorgestellt, insbesondere die Anwendung der kubischen Spline-Interpolation zur Berechnung der Alterung für beliebige Punkte innerhalb der Messmatrix. Die Methodik zur Berechnung des relativen Fehlers wird ebenfalls erläutert.
4 Vorstellung und Auswertung der Messergebnisse: Dieses Kapitel präsentiert und wertet die Messergebnisse aus. Die SOH-Verläufe für verschiedene Lagertemperaturen werden dargestellt und analysiert, sowohl für die Hauptpunkte als auch für die Center-Points und Randpunkte der Messmatrix. Die polynomiale Darstellung der SOH-Verläufe dient der weiteren Modellentwicklung und -validierung. Die Ergebnisse liefern wichtige Datenpunkte für die Modellierung der kalendarischen Alterung.
5 Simulation des Modells: In diesem Kapitel wird das entwickelte Modell anhand verschiedener Beispiele auf seine Plausibilität überprüft. Die Simulationsergebnisse für unterschiedliche SOH-Werte und Lagerzeiten werden präsentiert und interpretiert. Diese Simulationen dienen der Validierung des Modells und der Beurteilung seiner Genauigkeit bei der Vorhersage der kalendarischen Alterung von LiFePO4-Batterien unter verschiedenen Betriebsbedingungen.
Schlüsselwörter
LiFePO4-Batterien, Kalendarische Alterung, State of Health (SOH), State of Charge (SOC), Messtechnik, Modellentwicklung, Kubische Spline-Interpolation, Elektrofahrzeuge, Lebensdauer, Batteriealterung.
Häufig gestellte Fragen zur Diplomarbeit: Modellierung der kalendarischen Alterung von LiFePO4-Batterien
Was ist das Thema der Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines messtechnisch gestützten Modells zur Berechnung der kalendarischen Alterung von Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4)-Batterien. Dies ist besonders relevant für die Verbesserung der Lebensdauer von Batterien in Elektrofahrzeugen.
Welche Ziele verfolgt die Arbeit?
Das Hauptziel ist die Erstellung eines Modells, das die kalendarische Alterung als Funktion von State of Health (SOH), State of Charge (SOC), Temperatur und Lagerungszeit darstellt. Die Arbeit umfasst die messtechnische Untersuchung der Alterungseigenschaften, die Anwendung der kubischen Spline-Interpolation zur Modellierung und die Validierung des Modells mittels Simulationen.
Welche Batterietypen werden untersucht?
Der Fokus liegt auf LiFePO4-Batterien, da diese eine wichtige Rolle in der Elektromobilität spielen.
Welche Messmethoden werden verwendet?
Die Arbeit beschreibt detailliert die Messaufbauten und -methoden zur Bestimmung der kalendarischen Alterung. Es werden Messmatrizen mit verschiedenen Temperaturen und Ladezuständen (SOC) verwendet.
Welche mathematische Methode wird zur Modellierung eingesetzt?
Die kubische Spline-Interpolation wird verwendet, um die Alterung für beliebige Punkte innerhalb der Messmatrix zu berechnen.
Wie wird das Modell validiert?
Das entwickelte Modell wird anhand verschiedener Beispiele auf seine Plausibilität überprüft. Die Simulationsergebnisse für unterschiedliche SOH-Werte und Lagerzeiten werden präsentiert und interpretiert, um die Genauigkeit des Modells zu beurteilen.
Welche Schlüsselbegriffe sind relevant?
Wichtige Schlüsselbegriffe sind LiFePO4-Batterien, kalendarische Alterung, State of Health (SOH), State of Charge (SOC), Messtechnik, Modellentwicklung, kubische Spline-Interpolation, Elektrofahrzeuge und Lebensdauer.
Welche Kapitel umfasst die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in folgende Kapitel: Einführung, Grundlagen der Batterietechnik, Methodik zur Berechnung der kalendarischen Alterung, Vorstellung und Auswertung der Messergebnisse, Simulation des Modells und Zusammenfassung und Ausblick.
Welche Kenngrößen werden betrachtet?
Die Arbeit betrachtet wichtige Kenngrößen wie Stromstärke (C-Rate), Energie- und Leistungsdichte, Nennspannung, Nennkapazität, Innenwiderstand, SOC und SOH.
Welche Bedeutung hat die Arbeit für die Elektromobilität?
Die Arbeit trägt zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit der Lebensdauer von LiFePO4-Batterien bei, was für die Entwicklung und den Einsatz von Elektrofahrzeugen von großer Bedeutung ist.
- Arbeit zitieren
- Alireza Farman (Autor:in), 2010, Erstellen eines messtechnisch gestützten Modells zur Berechnung der kalendarischen Alterung von LiFePO4-Batterien, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/172904
