IPE 02-2023 Masterarbeit zum Thema: Entwicklung und Aufbau eines Hoch-volt-Batteriemanagementsystems mit integrierter Elektrochemischer Impe-danzspektrometrie (EIS)

Organisationseinheit

Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE)

Ihre Aufgaben

Das IPE erforscht und entwickelt fortschrittliche Hochvolt-Batteriemanagementsysteme (BMS) für Li-Ion Batterien bis zu 800 V.

Motivation

Li-Ion Batterien sind eine der Schlüsselkomponenten in E-Fahrzeugen. Der sichere und zuverlässige Betrieb der Li-Ion Zellen ist essentiell und wird mit BMS realisiert. Eine Herausforderung bei der Nutzung der Batterie bleibt die Bestimmung des Ladezustands und der verbleibenden Lebensdauer der Batterie.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein neuartiges HV-BMS in Master-Slave Konfiguration aufgebaut und in Betrieb genommen werden, dass neben den klassischen BMS-Funktionalitäten eine Online-Impedanzspektroskopie (EIS) ermöglicht. Bei der EIS wird ein sinusförmiger Strom in ein Zellmodul, beispielsweise aus 12 Zellen, eingeprägt und die Zellspannungsantwort messtechnisch erfasst. Die Evaluierung der Zellimpedanzen über der Frequenz erlaubt Rückschlüsse über den Ladezustand und die Restlebensdauer der Zellen.

Arbeitsinhalte

Im Rahmen der Arbeit sollen folgende Themen bearbeitet werden:

1. Entwicklung eines modular aufgebauten BMS: Slave-, Master, Strom-Spannungsmessung und eine HW-Komponente zur EIS-Messung.
2. Programmierung der Firmware und Inbetriebnahme des Systems.
3. Evaluierung der Funktionsfähigkeit des Systems.

Aufgrund der Komplexität und Vielfalt der Aufgaben kann für einen Teil der HW auf bereits bestehende Evaluierungsmodule zurückgegriffen werden. Der Master und Slave kommunizieren über eine isolierte SPI-Schnittstelle. Die Visualisierung und Steuerung des BMS erfolgen über einen Windows-PC. Für den Entwurf der Hardware werden die Altium Entwurfstools zur Schaltplan- und Layoutentwicklung genutzt. Die Firmware der Hardwarekomponenten erfolgt unter C. Die PC-Steuerung erfolgt entweder unter Python, C# oder LabWindows/CVI (nicht LabVIEW).

Eintrittstermin

zum nächstmöglichen Zeitpunkt

Ihre Qualifikation

Sie sind Studentin / Student (w/m/d) der Elektrotechnik, der Physik oder Informatik oder haben gute Kenntnisse in dem Aufbau und der Programmierung elektronischer Systeme sowie ein gutes messtechnisches Hintergrundwissen.