Statistische Betrachtung experimenteller Alterungsuntersuchungen an Lithium-Ionen Batterien

Da die Prozesse der Alterung von Lithium-Ionen Batterien nicht vollständig identifiziert sind, sind experimentelle Alterungsuntersuchungen zur Charakterisierung des Verhaltens über die Lebensdauer nötig. Dabei ist eine statistische Betrachtung der Ergebnisse nötig, da einerseits jegliche Messung mit einer Unsicherheit behaftet ist und andererseits auch das Prüflingsverhalten durch Schwankungen im Produktionsprozess einer statistischen Verteilung folgt. Damit Hypothesentests zur Unterscheidung zwischen Messfehlern und einem abweichenden Verhalten angewendet werden können, müssen die Verteilungen der beobachteten Eigenschaften und deren Kenngrößen ermittelt werden. Ebenso sind diese nötig, um eine Aussage über die Genauigkeit eines empirischen Modells und dessen Parametrierung treffen zu können. In dieser Arbeit wird zuerst die Messunsicherheit in den Elementargrößen und deren Quellen untersucht. Bei der Weiterführung in Einzelmesswerte (z. B. Kapazität, Pulsimpedanz) wird die Fehlerfortpflanzung in den verschiedenen Verfahren und der Einfluss der Konditionierung betrachtet. Abschließend werden Verfahren der statistischen Versuchsplanung und empirischen Modellbildung zum optimalen Informationsgewinn bei Alterungsuntersuchungen aufgestellt. Hierbei stellt sich insbesondere die Nutzung von hierarchischen Mehrebenenmodellen als vorteilhaft heraus. Zusammenfassend lassen sich unter Anwendung der vorgestellten Verfahren statistisch gesicherte Aussagen treffen und der Informationsgewinn bei Alterungsuntersuchungen maximieren. Die Eigenschaften der Grundgesamtheit einer Lithium-Ionen Batterie können somit bestimmt und modelliert werden. Somit ist es beispielsweise möglich, eine pauschale Überdimensionierung bei dem Entwurf von Batteriesystemen zu vermeiden.