Ladezustandsbestimmung von Lithium-Schwefel-Zellen mit Hilfe von in-situ Impedanzspektroskopie

The usability as well as the acceptance of electric vehicles can be increased by employing advanced and innovative battery technologies. Lithium-sulphur batteries are a promising candidate for such applications due to their higher energy density compared to conventional Li-ion batteries. However, a successful implementation is based on reliable and resilient algorithms for state of charge determination. A further design requirement is the ease of integration into common battery management systems. The approach presented here offers a state of charge determination of lithium-sulphur batteries using in-situ impedance spectroscopy. The impedance of lithium-sulpur pouch cells was measured at different state of charges and temperatures in order to determine the influences of these states to the battery impedance. Based on these data it is shown that impedance measurements can be used for a more accurate state of charge determination than conventional methods like open circuit voltage detection. To show the applicability of this method an algorithm for state of charge determination was developed and implemented into an impedance measurement ready battery management system.

Die Akzeptanz und Benutzerfreundlichkeit von Elektrofahrzeugen kann durch den Einsatz von innovativen Batterietechnologien verstärkt werden. Lithium-Schwefel-Batterien sind eine aussichtsreiche Technologie für derartige Anwendungen, da sie sich, verglichen mit konventionellen Lithium-Ionen-Batterien, durch eine höhere Energiedichte auszeichnen. Für eine erfolgreiche Implementierung ist allerdings in jedem Fall eine robuste und zuverlässige Ladezustandsbestimmung notwendig. Weiterhin wäre eine einfache Verknüpfung dieser Batterietechnologie mit handelsüblichen Batteriemanagementsystemen wünschenswert. Der hier gezeigte Ansatz zur Ladezustandsbestimmung von Lithium-Schwefel-Batterien basiert auf in-situ Impedanzspektroskopie. Dazu wurde der Einfluss vom Ladezustand und der Zelltemperatur auf die Impedanz von Lithium-Schwefel-Pouchzellen untersucht. Anhand dieser Messungen konnte gezeigt werden, dass sich der Ladezustand solcher Zellen mit Impedanzmessungen präziser bestimmen lässt als mit konventionellen Methoden wie beispielsweise Ruhespannungsmessungen. Um die Anwendbarkeit dieser Methode zu demonstrieren, wurde ein Algorithmus zur Ladezusandsbestimmung entwickelt und auf ein Batteriemanagementsystem, welches Impedanzmessungen durchführen kann, implementiert.