ISBN 978-3-8439-5186-9

978-3-8439-5186-9, Reihe Fahrzeugtechnik

Max Falk
Methode zur funktionalen Bewertung verschiedener Spannungscharakteristiken von Lithium-Ionen- und Post-Lithium-Ionen-Batterien für die automobile Anwendung

178 Seiten, Dissertation Technische Universität Dresden (2022), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Batterien sind die Schlüsseltechnologie für die Elektromobilität und diverse Ansätze werden diskutiert, um deren Energie- und Leistungsdichte, Umweltverträglichkeit, Kosten und Sicherheit zu verbessern. Bei fortschrittlichen Lithium-Ionen- und Post-Lithium-Ionen-Batterien werden Funktionsprinzipien wie Konversionsmaterialien eingesetzt, die sich von klassischen Lithium-Ionen-Batterien unterscheiden, was unter anderem zu einer veränderten Spannungscharakteristik führt. Diese wirkt sich wiederum auf die Funktionsweise des elektrischen Antriebsstrangs aus, was von etablierten Bewertungsmethoden mit aggregierten Kenngrößen bisher nicht erfasst wird.

In dieser Arbeit wird daher eine Methode zur funktionalen Bewertung der Spannungscharakteristiken verschiedener Batterietechnologien unter Berücksichtigung der funktionalen Zusammenhänge des elektrischen Antriebsstrangs entwickelt. Dazu werden die unterschiedlichen Typen von Ruhespannungcharakteristiken klassifiziert und Anforderungen durch eine Fahrzeugsimulation hergeleitet. Die erarbeitete funktionale Bewertungsmethode setzt sich aus den Bausteinen verfügbare Energie bei Entladung mit konstanter Leistung, Verfügbarkeit von Leistungspulsen, Umlauf- und Systemwirkungsgrad, sowie Genauigkeit der Ladezustandsbestimmung zusammen. Das Konstantleistungsverfahren ermöglicht es, die elektrischen Eigenheiten von Zellen messtechnisch zu erfassen, sodass auf eine aufwendige Charakterisierung und Modellierung verzichtet werden kann.

Die Methode wird mit der Analyse von NMC- und LiS-Zellen validiert und Unterschiede der Technologien für die Anwendung in einem Fahrzeug werden aufgezeigt. Die funktionale Bewertungsmethode ist eine wertvolle Ergänzung zu bestehenden Bewertungsmethoden und leistet damit einen Beitrag zur engeren Verknüpfung zwischen der Forschung und Entwicklung zu elektrochemischen Speichertechnologien und der Entwicklung von effizienten und leistungsfähigen Elektrofahrzeugen.