Optimal Energy Management Strategies for Reconfigurable Batteries

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Lithium-Ionen-Batterien haben aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte ein breites Anwendungsspektrum. Trotz ihrer hohen Effizienz gibt es allerdings einen Nachteil: Die Batteriezellen müssen aufgrund der Kapazitätsstreuung stets ausgeglichen werden. Ein möglicher Lösungsansatz für dieses Problem ist die sogenannte Einzelzellschalter Topologie, bei der jede Batteriezelle einzeln entsprechend ihres aktuellen Ladezustandes ein- oder ausgeschaltet werden kann.

Lithium-Ionen-Batterie: Das Problem

Lithium-Ionen-Batterien haben aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte ein breites Anwendungsspektrum. Sehr häufig werden sie in Elektrofahrzeugen und stationären Speichersystemen eingesetzt. Trotz ihrer hohen Effizienz gibt es allerdings einen Nachteil: Die Batteriezellen müssen aufgrund der Kapazitätsstreuung stets ausgeglichen werden. Die sogenannte Einzelzellschalter Topologie, welche basierend auf ihrem aktuellen Zustand die Aktivierung und Deaktivierung jeder einzelnen Batteriezelle ermöglicht, gilt als vielversprechende Lösung, um die Inhomogenität der Batteriezellen zu überwinden.

Die Lösung

Um das oben genannte Problem anzugehen, wurde von Nejmeddine Bouchhima eine optimale Energiemanagement Strategie für die Einzelzellschalter Batterie entwickelt, um die Energieeffizienz des Systems zu maximieren. Für die Berechnung des globalen Optimums wurde ein Optimierungsalgorithmus, basierend auf der dynamischen Programmierung Methode, realisiert. Diese Strategie ist eine nicht-kausale Strategie, da die Batterieleistungsanforderungen über den Optimierungshorizont für die Strategie bekannt sein müssen.

Neue Wege in der Optimierung

Für die Realisierung der Strategie werden in einer Simulationsumgebung zunächst die Informationen eines vorgegebenen Fahrprofils entnommen. Anschließend werden zwei statische Optimierungsprobleme von dem dynamischen Optimierungsproblem abgeleitet, damit die Entwicklung von kausalen Energiemanagement-Strategien ermöglicht werden kann. Diese Strategien berechnen ein lokales Optimum, da sie keine Informationen über den gesamten Fahrzyklus verwenden.

Elektrische Energiespeichersysteme – die Reihe

Elektrische Energiespeichersysteme (EES) umfassen ein sehr weites Feld, denn darunter fallen prinzipiell alle Systeme, die elektrische Energie uni- und bidirektional in eine andere Energieform umwandeln. Die Arbeitsgruppe EES bearbeitet in ihrer Schriftenreihe folgende Themengebiete: Batteriezellforschung, Batteriesystemtechnik, Batteriebaukästen, Modellierung elektrochemischer Zellen, Alterungsvorhersage von Batteriezellen und Batterien, Batteriezustandsermittlung (Ladezustand, Alterungszustand, Leistungsprädiktion), Einsatz künstlicher Intelligenz zur genauen Messung von Batteriezellparametern und Digitale Zwillinge von Batteriezellen und Batterien. Weitere Themen sind feste und hochsiedende Ionenleiter, Doppelschichtkondensatoren, Pseudo-3D-Kondensatoren und Power to X (X=Gas, Liquid, Solid). Alle Titel finden Sie hier.