Motiviert durch die Frage, warum die Impedanzschwankungen durchweg höher sind als die Schwankungen anderer Parameter, zeigen wir, dass die Messung inhärenter Parameterschwankungen, die durch Produktionstoleranzen verursacht werden, von den Auswirkungen eines unvollkommenen Messaufbaus überlagert werden.
Leo Wildfeuer (TWAICE, Technische Universität München), Markus Lienkamp (Technische Universität München).
- Experimentelle Untersuchung von 600 handelsüblichen Lithium-Ionen-Zellen.
- Analyse der externen Einflussfaktoren auf die Quantifizierung von Zell-zu-Zell-Variationen.
- Quantifizierung verzerrt durch jahreszeitliche und räumliche Temperaturinhomogenitäten.
- Eine systematische Anpassung senkt die Impedanzschwankungen um 50 %.
- Geringe inhärente Kapazitäts- und Impedanzschwankungen von nur 0,17 % und 0,45 %.
Parameterschwankungen bei Lithium-Ionen-Batterien sind ein wichtiges Thema, da sie die Leistung eines Batteriesatzes verringern können. Um inhärente Schwankungen aufgrund von Produktionstoleranzen zu quantifizieren, werden die Batterieparameter einer Charge von Einzelzellen experimentell bestimmt, und die neuesten Studien zeigen Kapazitätsschwankungen von 0,2 %-0,3 % und Impedanzschwankungen von 0,7 %-3,8 %. Motiviert durch die Frage, warum die Impedanzschwankungen durchweg höher als die Schwankungen anderer Parameter angegeben werden, zeigen wir, dass die Messung inhärenter Parameterschwankungen, die durch Produktionstoleranzen verursacht werden, von den Auswirkungen eines unvollkommenen Messaufbaus überlagert wird.
Durch die Aufschlüsselung der externen Einflussfaktoren auf die eigenen experimentellen Ergebnisse einer Charge von 600 kommerziellen Lithium-Ionen-Zellen sowie eines zuvor veröffentlichten Datensatzes haben wir herausgefunden, dass die Parametervariationen tatsächlich durch zeitliche und räumliche Temperaturinhomogenitäten während der Experimente erheblich verzerrt werden. Durch die systematische Kompensation dieser Effekte wird die Widerstandsschwankung um fast 50 % auf nur 0,45 % reduziert. Dies ist der kleinste bisher berichtete Wert und liegt näher an der Schwankung von Kapazität (0,17 %) und Masse (0,11 %) in unserem Fall. Die Kompensation wird durch eine Monte-Carlo-Simulation des Ladungstransferwiderstands und der Zelltemperatur gerechtfertigt, um die Wechselwirkung zwischen Widerstand und Temperaturschwankungen zu untersuchen.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass extrinsische Temperaturabweichungen von nur 0,5 °C zu Widerstandsschwankungen von mehr als 1,5 % führen können. Auf der Grundlage unserer Ergebnisse empfehlen wir, in Systemsimulationsmodellen geringere anfängliche Parametervariationen zu berücksichtigen und den Schwerpunkt auf externe Ursachen für Parametervariationen wie Temperaturinhomogenitäten zu legen.
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