BA – Schaltung zur Impedanzmessung

Entwicklung einer Schaltung zur Impedanzmessung von Lithium-Ionen Batterien und Validierung der Robustheit dieser Schaltung in einem realen System

Kurzzusammenfassung

Diese Bachelorarbeit stellt ein Verfahren zur sensorlosen Temperaturbestimmung von Lithium-Ionen-Batteriezellen vor, bei dem die Kerntemperatur anhand ihrer Innenimpedanz geschätzt wird. Die dafür nötige Impedanzmessung unterscheidet sich von herkömmlicher elektrochemischer Impedanzspektroskopie, da die Vermessung mit einer festen Frequenz durchgeführt wird. Zur Impedanzmessung wird die Batteriezelle galvanostatisch angeregt und eine präzise Spannungsmessung mit einem hierfür entworfenen Messinterface realisiert. In der Arbeit werden auf die wichtigsten Aspekte beim Entwurf dieses Messinterface eingegangen. Anhand von Tests mit einer realen Batteriezelle wird die Eignung für die sensorlose Temperaturbestimmung validiert. Hohe Genauigkeit und Störfestigkeit erreicht das Interface durch einen differentiellen Vierleiteranschluss mit nachgeschalteter Bandbegrenzung, wodurch eine Bestimmung der Kerntemperatur der realen Zelle mit ±1K ermöglicht wird. Die Kenntnis der Kerntemperatur von Batteriezellen kann die Sicherheit ihres Betriebs erhöhen, da typischerweise nur die Temperatur der Gehäuse erfasst wird.

Abstract

This bachelor thesis proposes a method for sensorless temperature estimation with lithium-ion battery cells. For this, the core temperature of the cell is estimated based on its internal impedance. The necessary impedance measurement differs from conventional electrochemical impedance spectroscopy because the measurement at a given frequency is sufficient. To accomplish this, the battery is stimulated in galvanostatic mode and an accurate voltage measurement is done with a specially built interface. In this thesis, the steps of the interface’s design are explained. The suitability for the sensorless temperature estimation is examined with a real battery cell. High precision and immunity against interference is possible due to the usage of a differential Kelvin connection with an attached band-pass. Estimation of the core temperature with an accuracy of ±1K is feasible. Access to the core temperature of battery cells can improve the safety of their operation because typically, only the temperature of the casing is gathered.

Bearbeiter: Johannes Kaufmann

Betreuer: Radu Schwarz (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761320; Email: Radu.Schwarz@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März