LiFe -Ermittlung des SOC und SOH von LIFePO4 Batterien

Die meisten heutzutage eingesetzten batteriebetriebenen Geräte verwenden eine Lithium basierte Batterietechnologie. Hauptsächlich wird, wegen der hohen erreichbaren Energie-dichte der Batterie, LiCoO2 als positives Elektrodenmaterial verwendet. Der Hauptnachteil von LiCoO2 und anderen Lithium-Metall-Oxid basierenden Elektroden ist deren Verhalten im Fehlerfall, da die Zelle bei ausreichend hoher Temperatur zu brennen beginnt. Dies kann in Folge eines zu hohen Stroms (z.B. externer bzw. interner Kurzschluss) oder auch durch äußere Wärmezufuhr geschehen. Es ist nahezu unmöglich, eine brennende Zelle zu löschen, da der für den Brand benötigte Sauerstoff in der Zelle selbst freigesetzt wird.

Dieses Problem kann mit einer auf LiFePO4 basierenden Technologie gelöst werden. Einerseits ist dieser Batterietyp unempfindlicher gegenüber dem „thermal runaway“ Effekt, und außerdem würde für einen Brand eine externe Sauerstoffquelle benötigt. Weiters bietet diese Technologie auch Vorteile in Bezug auf eine höhere Zyklen- bzw. kalendarische Lebensdauer, und die verwendeten Materialien (Eisen und Phosphat) sind wesentlich umweltschonender als Kobalt. Der Hauptnachteil ist eine sehr flach verlaufende Leerlauf­spannungskennlinie als Funktion des Ladezustandes, da die aktuell verfügbaren Methoden der Langzeit-Ladezustandsermittlung immer auf die Auswertung der Zellenspannung angewiesen sind.

Das vorgeschlagene Projekt zeigt eine alternative Möglichkeit der Ladezustandserkennung auf, welche auf Impedanzspektroskopie basiert. Es wird die Abhängigkeit des Impedanzspektrogramms einer Batterie vom aktuellen Zustand (SOC, SOH, Temperatur, nominelle Kapazität) ausgenutzt. Hierzu wird im ersten Schritt eine Datenbank erstellt, welche aus vielen Impedanzspektren besteht. Dadurch kann die Referenzzelle über den kompletten Parameterraum beschrieben werden. Die Ermittlung des unbekannten Zustandes einer Batterie durch Suchen des korrespondierenden Impedanzspektrums in der Datenbank ist jedoch nicht trivial und höchstwahrscheinlich nicht eindeutig. Gründe hierfür sind Messrauschen, Zellvariationen und Toleranzen als auch die Eigenschaften der gemessenen Impedanzspektren selbst. Deshalb wäre ein simpler „look-up“ Algorithmus nicht zielführend. Im Rahmen dieses Antrags wird daher ein auf statistischen Methoden basierender Ansatz gewählt.

Die entwickelte Methode wird anhand von verschiedenen Anwendungen (Hybridfahrzeug, Mobiltelefon, Fotoapparat, ...) auf ihre Funktion hin überprüft.

Kurzbeschreibung

Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte die projektverantwortlichen Mitarbeiter.

Publikationen

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Hannes Wegleiter
Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
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Projekttyp: Förderprojekt

Programm: Zukunftsfonds des Landes Steiermark

Laufzeit: 4 Jahre

Status: Abgeschlossen

Arbeitsgruppe: Energy Aware Systems