Alterungsuntersuchungen an Li-Ionen Zellen für Hybridfahrzeuge: Entwicklung eines Testzentrums, statistische Untersuchungen und Alterungsmodellierung
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Aachen
Shaker
2014
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| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 ZIEL UND GLIEDERIMG DER ARBEIT 4
2 ELEKTRISCHE ENERGIESPEICHER IM KRAFTFAHRZEUG 7
2.1 ELEKTRISCHER ANTRIEB UND BORDNETZ 7
2.1.1 KRAFTFAHRZEUGE MIT KONVENTIONELLEM ANTRIEB 8
2.1.2 HYBRIDFAHRZEUGE 9
2.1.3 ELEKTROFALIRZEUGE 13
2.2 ELEKTRISCHE ENERGIESPEICHER FUER DEN EINSATZ IM KRAFTFAHRZEUG 13
2.2.1 KENNGROESSEN DER ELEKTRISCHEN ENERGIESPEICHER 14
2.2.2 BLEI-BATTERIE 16
2.2.3 NICKEL-METALLHYDRID-BATTERIE 18
2.2.4 LI-IONEN BATTERIE 19
2.2.5 DOPPELSCHICHTKONDENSATOR 25
2.3 BATTERIEINANAGEMENTSYSTEM 26
2.4 ZUSAMMENFASSUNG 28
3 ALTERUNGSEFFEKTE VON LI-IONEN ZELLEN 31
3.1 ALTERUNGSVERHALTEN DER NEGATIVEN ELEKTRODE 32
3.2 ALTERUNGSVERHALTEN DER POSITIVEN ELEKTRODE 33
3.3 ALTERUNGSVERHALTEN DES ELEKTROLYTEN 33
3.4 SCHAEDIGUNG VON LI-IONEN ZELLEN 34
3.5 ZUSAMMENFASSUNG 35
4 TESTZENTRUM FUER ELEKTRISCHE ENERGIESPEICHER 36
4.1 ANFORDERUNG AU DAS TESTZENTRUM 36
4.2 ENTWICKLUNG EINES EINZEL-ZELLTESTERS 41
4.2.1 REALISIERUNGSKONZEPTE 41
4.2.2 GRUNDSTRUKTUR 43
4.2.3 ANALOGE ENTLADESTUFE 44
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II INHALTSVERZEICHNIS
4.2.4 FUNKTIONSGENERATOR 48
4.2.5 SICHERHEITSSCHALTER UND HILFSNETZTEIL 51
4.2.6 GESAMTTESTER 52
4.2.7 INBETRIEBNAHME DER ZELLTESTER 54
4.3 TESTZEILTRUM 60
4.4 SICHERHEITSSYSTEM DES TESTZENTRUMS 62
4.5 SOFTWARE DES TESTZENTRUMS 65
4.5.1 PROGRAMMIERUNG DER TESTER . 66
4.5.2 PROGRAMMPAKET ZUR GRUPPENSTEUERUNG 67
4.5.3 PROGRAMMIERUNG DES SICHERHEITSSYSTEMS 69
4.6 ZUSAMMENFASSUNG 70
5 MODELLIERUNG VON KFZ-ENERGIESPEICHERN 71
5.1 ZEITBASIERTES MODELL FUER ELEKTRISCHE ENERGIESPEICHER 72
5.2 PARAMETRISIERUNG DES ZELLMODELLS 75
5.2.1 BESCHLEUNIGTE VOLL-CHARAKTERISIENMG 76
5.2.2 KURZ-CHARAKTERISIERUNG 79
5.3 MODELLOPTIMIERUNG 79
5.3.1 ERWEITERUNG FUER HOHE FREQUENZEN 79
5.3.2 ERWEITERUNG FUER TIEFE TEMPERATUREN 80
5.4 ZUSAMMENFASSUNG 81
6 STATISTISCHE VERSUCHSPLANUNG 82
6.1 ANFORDERUNGEN AN ALTERUNGSUNTERSUCHUNGEN 82
6.2 STATISTISCHE VERSUCHSPLANUNG 83
6.2.1 VOLLFAKTORIELLE VERSUCHSPLAENE 84
6.2.2 VERSUCHSPLAN NACH DER EIN-FAKTOR-METHODE 85
6.2.3 MONTE-CARLO-METHODE 85
6.2.4 TEILFAKTORIELLE VERSUCHSPLAENE 85
6.3 VERSUCHSPLAN FUER STATISTISCHE ALTERURIGSUNTERSUCHUNGEN 86
6.4 UNTERSUCHUNGSOBJEKTE 89
6.5 EMGANGSUNTERSUEHUNGEII 90
7 ERGEBNISSE DER ALTERUNGSUNTERSUCHUNGEN 92
7.1 DURCHFUEHRUNG DER STATISTISCHEN ALTERUNGSUNTERSUCHUNGEN 92
7.2 EINGANGSCHARAKTERISIERUNG 93
7.2.1 LANGZEIT- UND UEBERGANGSVERHALTEN 94
7.2.2 HOCHDYNAMISCHES VERHALTEN 96
INHALTSVERZEICHNIS III
7.2.3 VERIFIKATION 98
7.3 ALTERUNGSEINFLUSS AUF DAS ZELLVERHALTEN 100
7.4 VARIATION WICHTIGER MODELLPARAMETER 101
7.4.1 RUHESPANNUNG 101
7.4.2 KAPAZITAET 103
7.4.3 INNENWIDERSTAND 107
7.5 BETRACHTUNG DER LEBENSDAUER 110
7.6 KOPPLUNG ZWISCHEN KAPAZITAET UND INNENWIDERSTAND 112
7.7 KAPAZITAETSVARIATION HEI UNTERSCHIEDLICHEN BETRIEBSTEMPERATUREN 113
7.8 ZUSAMMENFASSUNG 115
8 ALTERUNGSMODELLIERUNG VON LI-IONEN ZELLEN 116
8.1 ALTERUNGSMODELL 116
8.2 MODELLIERUNG DES ALTERUNGSVERHALTENS 117
8.2.1 QUASI-KONSTANTE ALTERUNG 119
8.2.2 ANLAUFPHASE 123
8.2.3 ERHOLUNGSPHASE 125
8.3 IMPLEMENTIERUNG DES ALTERUNGSVERHALTENS 126
8.4 VERIFIKATION DES ALTERUNGSMODELLS 130
8.4.1 KAPAZITAET UND INNENWIDERSTAND 132
8.4.2 LANGZEITVERIFIKATION 133
8.4.3 EFFEKTE DER STARKEN ALTERUNG 136
8.4.4 VERIFIKATION DER EINZELVERSUCHE 137
8.5 MODELLPERFORMANCE 141
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 143
LITERATURVERZEICHNIS 146
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 154
TABELLENVERZEICHNIS 159
SYMBOLE UND ABKUERZUNGEN 160
DANKSAGUNG 164
LEBENSLAUF 165
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