Untersuchungen zum thermischen Verhalten von Lithium-Ionen Energiespeichern im Fahrzeugeinsatz

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Untersuchungen zum thermischen Verhalten von Lithium-Ionen Energiespeichern im Fahrzeugeinsatz

Kutter, S. / Morawietz, L. / Bäker, B. / Falsett, R.

Die rasanten Entwicklungen im Bereich von Lithium-Ionen-Speichern rücken auch diese in den Fokus der Fahrzeughersteller als Option für die konventionelle Blei-Batterie. Die genaue Kenntnis der Zelltemperatur innerhalb einer Batterie unter realistischen Einsatzbedingungen ist eine Voraussetzung für einen sicheren und dauerhaften Einsatz dieser Speicher. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Erstellung eines thermoelektrischen Modells einer Lithium-Ionen-Zelle. Dabei wird zunächst die Speichertechnologie Lithium-Ionen und die eingesetzte Versuchsumgebung vorgestellt. Fokus des Papers ist die elektrische und thermodynamische Modellbildung und Parameterbestimmung der Zelle. Den Abschluss bilden die Vorstellung der gesamtheitlichen Modellierungsumgebung und die Verifikation der Modelle. Da das elektrische und thermische Teilmodell in weiten Teilen unabhängig voneinander sind, können entsprechend der Zielstellung der Simulation (Bordnetzstabilität, energetische Simulation, Betriebsstrategieoptimierung) beliebig detaillierte Teilmodelle miteinander kombiniert werden. Dieser Prozess wird dabei durch den gewählten objektorientierten Modellierungsansatz unterstützt. Es konnte zudem gezeigt werden, dass für den konkreten Einsatzfall der Zellen die Modellierung als thermische Punktmasse infolge des dominierenden Wärmeübergangs eine ausreichende Aussagegenauigkeit bezüglich der Zelltemperatur bei minimalem Rechenaufwand bietet. Dies ist besonders im Hinblick auf die mögliche Umsetzung des Modells als integrierte Funktion für die Zelltemperaturberechnung des Betriebsmanagements von großer Bedeutung.