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Master-Thesis

 

Kurzfassung

Die präzise Modellierung von Lithium-Ionen-Batteriesystemen ist eine zentrale Voraussetzung für die Entwicklung leistungsfähiger Batteriemanagementsysteme (BMS) in Elektrofahrzeugen und stationären Speichern. Diese Masterarbeit entwickelt, parametriert und validiert ein echtzeitfähiges 3RC-Thevenin-Modell für ein 12s2p Lithium-Ionen-Batteriemodul. Das Modell basiert auf einer elektrischen Ersatzschaltung mit drei RC-Gliedern, welche elektrochemische Polarisationsprozesse auf unterschiedlichen Zeitskalen abbilden.

Die Parametrierung erfolgt mithilfe der Methode der kleinsten Quadrate anhand schrittweiser Entlademessungen bei vier Temperaturen (0°C, 10°C, 25°C, 40°C) und einer Entladerate von ⅓ C. Open-Circuit-Voltage (OCV) und RC-Parameter werden aus Relaxationsphasen extrahiert und in temperatur- und SOC-abhängigen Lookup-Tabellen gespeichert. Die Validierung zeigt eine hohe Modellgüte (RMSE = 30,7 mV, MRE = 0,04%) und bestätigt die Generalisierungsfähigkeit durch Tests mit ½ C-Entladung und einem WLTP-Lastprofil (MRE = 0,11%, max. Fehler = 0,49%).

Durch Skalierung auf Zellebene wird ein 12-Zellen-Modell abgeleitet, das individuelle Zellspannungen präzise reproduziert (RMSE = 26,8 mV, MRE = 0,03%) und die Erkennung fehlerhafter Zellen ermöglicht. Damit bietet das entwickelte Modell einen ausgezeichneten Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenaufwand und eignet sich für modellbasierte SOC-Schätzungen sowie die Analyse inhomogener Batteriesysteme.