ISBN 978-3-8439-5463-1

978-3-8439-5463-1, Reihe Fahrzeugtechnik

Bastian Mayer
Autarkes Temperiersystem zur Schnellladung von Batterien in elektrischen Krafträdern

218 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2024), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Schnellladung von Batteriesystemen innerhalb von 15 Minuten (C-Rate von 4) birgt zahlreiche Herausforderungen, sowohl im Bereich der Zellchemie als auch im Bereich des Thermomanagements. Der aktuelle Stand der Technik der Batterietemperiersysteme wäre nur durch grundlegende Systemänderungen im stande, die durch die Schnellladung hervorgerufene Abwärme an die Umgebung abzuführen. Die vorliegende Arbeit hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, anhand des Konzepts der autarken Temperierung die Schnellladung eines Zweiradbatteriesystems mit 4C zu untersuchen.

Als Entwicklungsmethode wurde das V-Modell gewählt. Der Systementwurf des autark temperierten Batteriesystems erfolgte auf Basis der Anforderungserhebung für ein elektrisches Kraftrad der L1e-Klasse. Für das Subsystem des autarken Kältekreislaufs wurde mithilfe einer multikriteriellen Bewertung das Kältemittel Propan (R290) ausgewählt.

Auf Komponentenebene wurden zwei neuartige Zellkühlkonzepte für zylindrische Zellen entwickelt. Diese bestehen aus einem Kühlmittel-durchflossenen Zellhalter und Stromschienen mit integrierten Kältemittelkühlkanälen. Die Konzepte wurden dem extrudierten Mikrokanalschlauch als Benchmark gegenübergestellt.

Mit der experimentellen Charakterisierung der Komponenten konnten sowohl die CFD-Simulationen der integrierten Zellhalterkühlung, als auch die im Systementwurf ausgewählten Komponenten verifiziert werden. Abschließende 1D-Systemsimulationen sowie eine Bauraumanalyse mit Massen- und Kostenvergleich zeigten, dass das autarke Temperiersystem in Verbindung mit der integrierten Stromschienenkühlung das Potenzial für eine effiziente Batterietemperierung für die Schnellladung mit 4C bietet.