IAM - Werkstoffe der Elektrotechnik

Batteriemodellierung mit MATLAB

  • Typ: Vorlesung + Übung
  • Zielgruppe: Bachelor
  • Semester: Wintersemester
  • Ort:

    Online (Ilias)

  • Zeit:

    siehe Ilias

  • Beginn: 02.11.2020
  • Dozent:

     Dr.-Ing. André Weber

  • SWS: 1+1 h
  • ECTS: 3
  • LVNr.: 2304228 + 2304229
  • Prüfung:

     mündlich

Terminübersicht

V1 Einführung in die Vorlesung, benötigtes Material, Hinweise auf Tutorials, Überblick über die Themen

V2 Einführung in MATLAB, Installation - Start - Verwendung, Vorführen einfacher Beispiele

Ü1 einfache Übungen in MATLAB

Ü2 Impedanzen in MATLAB, Berechnung und Darstellung, Impedanzelemente und deren Verschaltung

V3 Einführung in die Batterietechnologie, el. Ersatzschaltbildmodelle, el. Verhalten von Batterien

Ü3 Aufstellen eines einfachen Batteriemodells in MATLAB

V4 weiter phys./chem. Grundlagen, Leerlaufspannung, Ladezustand, Elektroden- und Batterieimpedanz

Ü4 Aufstellen eines Modells zur Berechnung der OCV-Kennlinie aus Halbzellenkennlinie, Anpassung an gemessene Kennlinie

Ü5 Aufstellen von Elektrodenimpedanzmodellen, Kopplung dieser im Batteriemodell, Simulationen im Frequenz- und Zeitbereich

V5 Aufbau von Batterieelektroden, Aktivmaterial, Leitruß und elektrolytgefüllter Porenraum, Kettenleitermodell

Ü6 Impedanzmodelle: Kettenleiter- und Warburg-Impedanz, Einfluss der Modellparameter

Ü7 Aufstellen des Kettenleitermodells einer Elektrode, Simulationen im Frequenz- und/oder Zeitbereich

Ü8 CNLS-Fit von Impedanzspektren

 

Hinweis: An einem Termin findet in 90 Minuten entweder eine Vorlesung oder eine Übung statt.

Vorlesungsinhalt

Im Vorlesungsteil der Lehrveranstaltung werden die benötigten Grundlagen in MATLAB und der Modellierung von Lithium-Ionen Batterien vermittelt. Nach einer kurzen Einführung in die Lithium-Ionen Batterietechnologie wird anhand von Beispielen vorgestellt, wie Batteriemodelle unterschiedlichen Detailierungsgrades für verschiedene Applikationen in MATLAB umgesetzt werden können. Themen sind unter anderem Modelle zur Simulation des komplexen Innenwiderstandes, der nichtlinearen Lade-/Entladekurve sowie des dynamischen Strom-/Spannungsverlaufs einer Batterie während eines Fahrprofils.

In den Übungen werden den Studierenden verschiedene MATLAB-Modelle zur Simulation von Batterien vorgestellt. Die Übungsaufgaben können von den Studierenden vorab heruntergeladen und selbstständig gelöst werden. Mögliche Lösungswege stehen ebenfalls zum Download zur Verfügung (s.u.). Die Übungen beginnen mit einfachen Aufgaben zur Einarbeitung in MATLAB, die Bearbeitung verschiedener Modellierungsaufgaben, die Konzeptionierung von Modellen, das Aufstellen der benötigten Modellgleichungen, die Implementierung dieser in MATLAB und den Test der Modelle in Simulationsrechnungen.

Die Vorlesung ist für Studierende im Bachelorstudiengang vorgesehen. Für Studierende im Master ist das Ablegen der Prüfung in Abhängigkeit von der für die Person gültigen Prüfungsordnung nur beschränkt / gar nicht möglich. Für die Teilnahme an der Vorlesung sind weder Vorkenntnisse in MATLAB noch im Bereich Batterien erforderlich.