Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung neuer Methoden des optimalen experimentellen Designs zur effektiven und effizienten Charakterisierung des Alterungsverhaltens von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs). Motiviert durch die Notwendigkeit präziser Alterungsmodelle für die Auslegung und Betriebsoptimierung von Batteriespeichersystemen zielt die Arbeit darauf ab, mit minimalem experimentellen Aufwand maximale Informationen über die Modellparameter zu gewinnen. Die zentrale Forschungsfrage ist dabei, wie die Präzision der Parameterschätzung verbessert werden kann, während gleichzeitig der experimentelle Aufwand reduziert wird. Hierfür werden die mathematischen Grundlagen parametrischer Modelle, Parameterschätzer und Versuchsplanungsmethoden analysiert. Aufbauend darauf wird ein neuer Ansatz des parameter-individuellen optimalen experimentellen Designs (pi-OED) entwickelt, der die gezielte Optimierung von Versuchsplänen zur Verbesserung der Schätzgenauigkeit ausgewählter Parameter ermöglicht. In einem weiteren Schritt wird pi-OED in ein Framework für mehrstufige optimale Versuchsplanung (MS-OED) integriert. Durch die Kombination von raumfüllenden Sampling-Verfahren in frühen Versuchsphasen mit pi-OED in späteren Phasen können Experimente auch bei geringem Vorwissen effizient gestaltet werden. Simulationsstudien belegen das Potenzial von MS-OED, die Versuchsdauer zu reduzieren und gleichzeitig die Modellqualität zu verbessern. Die praktische Anwendbarkeit der entwickelten Methoden wird anhand einer experimentellen Alterungsstudie an kommerziellen LIB-Zellen demonstriert. In einem zweistufigen Versuchsplan werden pi-OED und konventionelle Designs verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass pi-OED die Unsicherheit in der Bestimmung kritischer Parameterwerte der kalendarischen Alterung signifikant reduziert. Für die komplexere zyklische Alterung werden Grenzen identifiziert, die Ansatzpunkte für zukünftige Arbeiten liefern. Insgesamt leistet die Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der statistischen Versuchsplanung für die Batterieforschung. Die entwickelten Methoden ermöglichen eine effizientere Charakterisierung des Alterungsverhaltens und unterstützen damit die Entwicklung langlebiger und zuverlässiger Batteriespeicher.     «

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung neuer Methoden des optimalen experimentellen Designs zur effektiven und effizienten Charakterisierung des Alterungsverhaltens von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs). Motiviert durch die Notwendigkeit präziser Alterungsmodelle für die Auslegung und Betriebsoptimierung von Batteriespeichersystemen zielt die Arbeit darauf ab, mit minimalem experimentellen Aufwand maximale Informationen über die Modellparameter zu gewinnen. Die zentra...     »