Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

5.3 Energiemodell
5.3.3.5 Parametrierung
Die Anwendung des Batteriemodells im Blick – Simulationen mit einem Fahrzeugmodell im
Zeitbereich – wird für das Batteriemodell ebenfalls eine Parametrierung im Zeitbereich gewählt.
Die elektrochemische Impedanzspektroskopie ist eine andere weit verbreitete Methode
zur Identifizierung von Zelleigenschaften und Modellparametern mit dem Vorteil, dass
Modellstruktur und die zugehörigen Parameter eine physikalische Zuordnung ermöglichen.
Vorteil der Parametrierung im Zeitbereich ist, dass die Messungen zur Identifizierung der
Modellparameter mit größeren Strömen durchgeführt werden können, wie sie auch im Elektroauto
auftreten.
Wie unten beschrieben, wurden in der frühen Phase des Elektromobilität-Hypes Elektrofahrzeuge,
wie beispielsweise der Tesla Roadster oder der Mini E mit Lithium-Ionen-Zellen der
Bauform 18650 ausgestattet (vgl. Abschnitt 5.5.1). Daher werden die Modellparameter für
das dynamische Batteriemodell mit Hilfe von Messungen an Zellen dieser Bauform identifiziert.
In den Zellen ist das weit verbreitete Aktivmaterial Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid
an der positiven und Graphit an der negativen Elektrode verbaut. Die Nennspannung der
Batterien liegt bei U N = 3,7 V und die Nennkapazität bei C N 2 Ah.
Zu Beginn einer Messung für die Identifikation der Modellparameter wird die Zelle bis zur
Ladschlussspannung von 4,2 V mit konstantem Strom geladen. Anschließend wird die
Spannung durch eine Stromregelung konstant gehalten. Abbruchkriterien für den Ladevorgang
mit der so genannten CCCV-Methode (constant current constant voltage) sind eine
Untergrenze für den immer kleiner werdenden Ladestrom oder eine Obergrenze für die sich
verlängernde Dauer des Ladevorgangs. Anschließend wird die Batterie stufenweise entladen.
Für jeden eingestellten Ladezustand wird ein identisches Strompulsprofil wiederholt. Mit
Hilfe der Spannungsantworten auf diese Strompulse wird das Modell parametriert. Diese
Messung wird bei verschiedenen Umgebungstemperaturen durchgeführt, um nicht nur die
Ladezustands- sondern auch die Temperaturabhängigkeit der Parameter berücksichtigen zu
können.
Mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate werden die Modellparameter durch Vergleich
von gemessener und simulierter Spannung bestimmt. Zum Lösen des Optimierungsproblems
wird ein Trust-Regions-Verfahren [Coleman & Li, 1994, 1996] verwendet. Abbildung 26 und
Abbildung 27 zeigen die Ergebnisse für den seriellen Widerstand R S und die Ruhespannung
U 0 . In beiden Diagrammen sind die Parameter für die Temperaturen 23 °C, 40 °C und 55 °C
über dem SOC aufgetragen.
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