Breitbandige elektronische Nachbildung von Lithium-Ionen-Zellen für Anwendungen in der Elektromobili

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Zur Speicherung von Energie in Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antriebsstrang kommen hauptsächlich Lithium-Ionen-Zellen in verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und Bauformen zum Einsatz. Diese elektrochemischen Zellen müssen durch ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht werden, um einen sicheren Betrieb während des Fahrens und Ladens zu gewährleisten. Neueste Ansätze ermöglichen die breitbandige Bestimmung der komplexen Impedanz jeder Zelle, was detaillierte Informationen über ihren inneren Zustand liefert. Für die Implementierung eines BMS und die Entwicklung neuer Funktionen ist eine Erprobung unter realitätsnahen Bedingungen unerlässlich, jedoch sind Versuche mit echten Batteriezellen nicht praktikabel. Daher wird ein neuartiger Zellemulator benötigt, der die Impedanzspektren einer Zelle über eine hohe Bandbreite erfassen kann. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Verifikation eines Zellemulators, der beliebige elektrochemische Batteriezellen in relevanten Frequenzbereichen nachbilden kann. Ein zentraler Aspekt ist die Erforschung von Methoden zur Emulation der komplexen Impedanz. Der Emulator muss ein hohes Auflösungsvermögen und eine hohe Genauigkeit aufweisen, um die Impedanz typischer Zellen in der Elektromobilität realitätsnah abzubilden. Dies erfordert sowohl eine Modellierung der elektrochemischen Zelle als auch eine geeignete elektronische Schaltung zur Ausgabe von Strom- und Spannungsgrößen.