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Alterungsmodellrechnungen von Li-Ionen Batteriezellen implementiert

10.05.2017

Die Förderung der Elektromobilität nimmt im Rahmen der Energiewende eine wichtige Rolle ein. Dabei werden zuverlässige Messverfahren zur schnellen Bestimmung des Gesundheitszustands einer Li-Ionenbatteriezelle benötigt, d.h. der sich mit der Zeit verringernden maximalen Kapazität der Zelle. Hierfür hat die PTB einen Referenzmessplatz zur Messung des Gesundheitszustands mittels der elektrochemischen Impedanzspektroskopie aufgebaut. Der dabei gemessene Wechselstromwiderstand, die sogenannte Impedanz, hängt von den elektrochemischen Prozessen in der Batteriezelle ab. Ändern sich diese aufgrund der Alterung der Batterie, dann ändern sich auch die bei verschiedenen Frequenzen gemessenen Impedanzen, das sogenannte Impedanzspektrum. Somit lassen sich diese Änderungen als Maß für den Gesundheitszustand einer Batteriezelle verwenden.

Die über die Impedanzspektroskopie bislang rein empirisch quantifizierte Alterung wird nun zusätzlich mit einem Batteriemodel simuliert. Das verwendete Batteriemodel basieren auf Ladungs- und Massentransportgleichungen, die die Prozesse in der Batterie mathematisch beschreiben. Werden zusätzlich Gleichungen für die Beschreibung der Alterungsprozesse implementiert, kann auch der Degradationsprozess simuliert werden. Die Modellierung bietet, anders als das Experiment, die Möglichkeit, alle Parameter unabhängig zu variieren, um deren Einfluss auf das Impedanzspektrum zu analysieren. Die von der PTB zusammen mit dem Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik der TU-Braunschweig nun implementierten Simulationen können deshalb mit Hilfe von Parametervariationen die Veränderung von gemessenen Impedanzspektren während der Alterung nachstellen. Erste Modellrechnungen wurden inzwischen erfolgreich durchgeführt. Des Weiteren wird das Alterungsmodel nun angewendet, um Parameter identifizieren zu können, die sich mit dem Gesundheitszustand der Batterie verändern.