Optimale Akkuladung
Gudrun sprach mit Veronika Auinger, die in ihrer Masterarbeit Ladevorg\xe4nge f\xfcr Akkumulatoren (Akkus) optimal regelt. Die Arbeit entstand in enger Zusammenarbeit mit Christian Fleck und Andrea Flexeder von der Firma BOSCH (Abt. Control Theory). In einer Zeit, in der klar wird, das Erd\xf6l als Energielieferant sehr bald ersetzt werden muss, ist die Suche nach alternativen Antriebsarten im Transport von hoher Priorit\xe4t. Die popul\xe4rste ist das Elektrofahrzeug, auch wenn es noch immer darum k\xe4mpft, sich in den K\xf6pfen der Menschen zu etablieren. Ein wesentlicher Grund daf\xfcr ist die sehr begrenzte Speicherkapazit\xe4t und die lange Ladezeit der in diesen Fahrzeugen eingebauten Akkumulatoren (*). Wir sind von Verbrennungsmotoren an eine gro\xdfe Reichweite und gro\xdfe Flexibilit\xe4t gew\xf6hnt. Wenn Elektroautos dieselben Anforderungen erf\xfcllen sollen wie Benzinautos, spielen die Akkus und deren Laderegime(s) eine zentrale Rolle. Automobilzulieferer wie BOSCH oder MAHLE entwickeln schon jetzt einen betr\xe4chtlichen Teil der Technologie und Software, die in modernen Fahrzeugen steckt. Nun kommt die Entwicklung von zukunftstr\xe4chtigen Akkus als neues Thema und Produkt hinzu. Das Ziel der Masterarbeit von Frau Auinger war es, eine intelligente Ladestrategie zu finden, die zwei Aspekte des Batteriesystems minimiert: die Zeit, die ben\xf6tigt wird, um die Batterie vollst\xe4ndig aufzuladen, und den Kapazit\xe4tsverlust des Akkus, der durch die Ladung verursacht wird. Eine gleichzeitige Minimierung ist jedoch problematisch, da beide Ziele im Allgemeinen nicht gemeinsam erreicht werden k\xf6nnen: Eine minimale Ladezeit f\xfchrt in der Regel zu einem hohen Kapazit\xe4tsverlust und umgekehrt. Der Grund hierf\xfcr ist, dass zur Verk\xfcrzung der Ladezeit mit h\xf6heren Str\xf6men aufgeladen werden muss, was wiederum zu einer k\xfcrzeren Lebensdauer der Akkus f\xfchrt. So gewinnen intelligente Ladestrategien an Bedeutung, bei denen der Ladestrom einem vorgegebenen Profil folgt, der den Verlust der Lebensdauer minimiert und die Ladezeit akzeptabel kurz h\xe4lt. Diese Protokolle lassen sich als L\xf6sungen f\xfcr optimale Steuerungsprobleme bestimmen. In der Praxis erfordert dies Algorithmen, die L\xf6sungen in Echtzeit liefern, was das Ziel dieser Masterarbeit war. Zu Beginn dieses Projektes lag eine Formulierung des Steuerungsproblem von Carolin Eckhard vor, das von ihr durch eine einfache Implementierung in Matlab gel\xf6st worden war. Das Modell der Lithium-Ionen-Batterie besteht darin aus drei Teilen: Ein Zellspannungsmodell, ein Zelltemperaturmodell und ein Alterungsmodell, das den Kapazit\xe4tsverlust in der Zelle beschreibt. Da der Code nicht f\xfcr Echtzeitzwecke taugte, wurde er von Adrian Tardieu beschleunigt, indem er Gradientenprojektionsmethoden einsetzte. In der Arbeit von Frau Auinger wurde ein vereinfachtes optimales Ladeproblem hergeleitet f\xfcr das eine analytische L\xf6sung mit Hilfe von Pontrjagin's Satz berechnet werden kann. Diese dient als erste Trajektorie im iterativen Algorithmus, was das Verfahren in der Regel (...)