Projekt: "Entwicklung thermische Kompaktmodelle von Li-Ionen-Zellen"

Motivation

Li-Ionen Batterien finden aufgrund ihrer Vorteile gegenüber anderen elektrischen Energiespeichern hinsichtlich der Speicherdichte und Selbstentladerate zunehmend Verwendung in Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Die hierfür nötige Leistungsabgabe und Kapazität werden durch Verschaltung einer Vielzahl von Einzelzellen zu Batteriestacks erreicht.

Die gegenwärtig eingesetzten elektrochemischen Aufbauten der Zellen weisen eine hohe Temperatursensibilität auf. Neben den stets auftretenden betrieblichen Alterungseffekten tritt außerhalb eines spezifischen Temperaturfensters eine beschleunigte Alterung und dauerhafte Schädigung der Zellen auf. Weiterhin reduziert sich bei niedrigen Temperaturen die Leistungsabgabe, so dass ein Einsatz für Traktionszwecke erschwert wird. Unter Last erwärmen sich die Zellen durch innere Verlustleistungen.

Für die betriebssichere thermische Auslegung der Batteriestacks ist daher ein prädiktives thermisches Modell der Li-Ionen Batterien unabdingbar.

Forschungsziel

Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der Alterung von Li-Ionen Batterien unter komplexen thermischen Randbedingungen, die denen eines typischen Betriebs in mobilen Systemen entsprechen. Zum Erreichen dieses Ziels werden Prüf- und Auswertungsalgorithmen zur Parametrierung eines physikalisch basierten 1D-Ersatzschaltbildes entwickelt. Mit Hilfe von Referenzaufbauten werden definierte thermische Randbedingungen im Hinblick auf eine gezielte Alterung der Batterien eingestellt und in einer erweiterten Charakterisierung der Batteriezellen die Alterungseffekte in Abhängigkeit der thermischen und elektrischen Randbedingungen berücksichtigt.