Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

5. Trends in der Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Fahrzeugen und deren Nutzung
kalendarischer Alterung und betriebs- oder auch zyklenbedingter Alterung. Kalendarisch altert
eine Batterie unentwegt, auch ohne Energiedurchsatz. Die kalendarische Alterungsgeschwindigkeit
hängt vom Ladezustand und der Temperatur einer Zelle ab. Während des Betriebs
tritt zusätzlich die zyklenbedingte Alterung auf. Durch die Zyklisierung mit einem Strom
wird der kalendarische Alterungsprozess überlagert. Untersuchungen zur Überlagerung der
beiden Alterungsprozesse sind Gegenstand aktueller Forschungsvorhaben. Im hier vorgestellten
Ansatz wird eine Superposition beider Alterungsarten gemäß
angenommen.
A
() t A () t A () t
= (22)
+
Z kal
zykl
SOC
T bat
SOC
A kal
+
A zykl
A Z
Abbildung 57: Struktureller Aufbau des Alterungsmodells.
Wie in [Broussely et al., 2001, 2005; Vetter et al., 2005; Wohlfahrt-Mehrens et al., 2004] beschrieben,
geschieht Alterung im realen System durch Schädigungsmechanismen auf elektrochemischer
Ebene. Im Modell bedeutet Alterung, dass die Modellparameter, wie Kapazität
oder Innenwiderstand, zeitabhängig sind. Tests zur Alterung von Batterien werden unter Berücksichtigung
der oben genannten Batteriezustände und Betriebsbedingungen durchgeführt.
Die Batterien werden bei unterschiedlichen Ladezuständen und Temperaturen gelagert
oder mit definierten Zyklen betrieben. Im realen Betrieb ändern sich diese Größen laufend,
das Modell muss also für beliebige Überlagerungen von Ladezustand, Temperatur und Zyklisierung
implementiert werden. Aufgrund der moderaten Stromstärken in Elektrofahrzeugen
wird hier angenommen, dass sich die Stromstärke ausschließlich über die dabei entstehende
Joulesche Wärme auf die Alterung auswirkt. So ergibt sich die in Abbildung 57 dargestellte
Struktur des Modells. Ladezustand SOC(t) und Temperatur T Z (t) sind Eingangsgrößen für die
kalendarische Alterung A kal (t) während die betriebsbedingte Alterung A Zykl (t) auf der Zyklentiefe
SOC(t) beruht. Im Gegensatz zu Ladezustand und Temperatur ist letztere keine direkte
Ausgangsgröße des Batteriemodells und muss daher mit Hilfe eines Algorithmus aus dem
Zeitverlauf des Ladezustandes berechnet werden. Ausgangsgröße des Alterungsmodells ist
die Alterung der Zelle A Z (t) beziehungsweise der Gesundheitszustand SOH(t) (state of
health). Der Gesundheitszustand ist ein Faktor zur Bewertung des aktuellen Zustands einer
Batterie im Vergleich zu ihrem idealen Verhalten. Er legt den relativen Nutzen für eine vorgegebene
Anwendung fest. Der SOH(t) ist über die Gleichung
SOH
() t − A () t
= 1 (23)
Z
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