Die Elektrifizierung moderner Kraftfahrzeuge hat in den vergangenen Jahren rasant zugenommen. Dies führt sowohl zu einer Steigerung der mittleren benötigten elektrischen Leistung als auch der elektrischen Spitzenleistung. Während die Hauptaufgabe der Starterbatterie in den früheren Zeiten in der Leistungsabgabe für den Motorstart lag, muss diese heute die kontinuierliche Stromversorgung, auch bei kurzfristig erhöhtem Leistungsbedarf, sicherstellen. Um mittelfristig ein Gleichgewicht zwischen der vom Generator bereitgestellten und der benötigten elektrischen Energie zu erzielen und um die zuverlässige Versorgung kritischer Verbraucher sowie die Startfähigkeit des Fahrzeugs sicherzustellen, ist es in modernen Fahrzeugen daher unumgänglich, ein Bordnetzmanagementsystem einzusetzen. Zur optimalen Bewertung des Bordnetzes wird von diesem unter anderem eine hinreichend genaue und sichere Kenntnis über den Ladezustand des Bordnetzakkumulators benötigt. Die vorliegende Arbeit leistet mit detaillierten Untersuchungen zum dynamischen Innenwiderstand von Blei-Akkumulatoren, hinsichtlich der Nutzbarkeit als Ladezustandsindikator, einen Beitrag zur indirekten Ladezustandsbestimmung. Untersuchungsgegenstand stellen dabei Blei-Akkumulatoren für den Einsatz im Kraftfahrzeug, in Nass- und VRLA-AGM-Technologie (Ventil reguliert und mit absorbierendem Mikroglasvlies), von verschiedenen Herstellern und mit unterschiedlichen Nennkapazitäten, dar. Es hat sich gezeigt, dass bei Einschränkung des Betriebsbereichs und bei Kenntnis weniger Zusatzinformationen ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Wert des Ladezustands und dem Wert des dynamischen Innenwiderstands besteht. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wird schließlich ein Verfahren entwickelt, welches auch außerhalb des eingeschränkten Betriebsbereichs ermöglicht, den aktuellen Ladezustand sicher zu schätzen. Der Ladungsumsatz außerhalb des Betriebsbereichs sollte allerdings möglichst gering gehalten werden. Im Vergleich zu den bisher im Automobilsegment eingesetzten Verfahren, zeigt dieses bei einer weitgehend homogenen Zellalterung eine hohe Robustheit gegenüber der Alterung des Blei-Akkumulators. Ferner lässt sich das Verfahren derart auslegen, dass es weitgehend unabhängig vom Hersteller des Blei-Akkumulators, dessen Technologie und der Nennkapazität ist. Voraussetzung hierbei stellt lediglich ein vergleichbarer mechanischer Aufbau des Akkumulators dar.

    The electrification of modern motor vehicles has increased rapidly over the last years. This has led to an increased demand on the average and the peak electrical power in the vehicle. Earlier, the main usage of the starter battery was to provide power for cranking the engine. Nowadays, and due to the increased power demand, the starter battery has to ensure continuous electrical power as well. To balance the available and the required electrical power, to ensure the reliable power supply of critical electrical loads and to maintain the cranking capability, in modern motor vehicles the use of a power management is necessary. Especially an accurate estimate of the state of charge of the starter battery is necessary for an optimal management of the vehicle's electrical system. This thesis provides detailed investigations of the internal dynamic resistance of leadacid batteries. The internal dynamic resistance is used as a charge status indicator, it serves as input of an algorithm for the indirect state of charge estimation. The objects of the investigations are thereby lead-acid batteries used in motor vehicles, i.e. flooded lead acid batteries and VRLA AGM batteries (Valve Regulated Lead Acid-Absorbent Glass Mat), from different manufacturers and with different rated capacities. A relationship between the state of charge and the dynamic internal resistance is established within a limited operating range. Based on this relationship, a method for the estimation of the state of charge is developed. This method also allows the estimation outside of the limited operating range, assuming that the energy exchange outside this range is low. In comparison to previously used methods in the automotive industry, the method described in this thesis provides two main advantages: First, given a roughly homogenous aging of lead-acid battery cells, the described state of charge estimation method is robust to aging effects. Second, given lead-acid batteries with comparable construction the described method is largely independent of the lead-acid battery manufacturer, its technology and its rated capacity.


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    Titel :

    Der dynamische Innenwiderstand von Blei-Akkumulatoren: experimentelle Analyse und Methode zur Ladezustandsschätzung


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2011


    Format / Umfang :

    188 Seiten, Bilder, Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch