Batterietechnik
Ein neuer Tank: Strom statt Benzin
Bei Verbrennungsmotoren ist der Tankinhalt bekannt und damit in etwa auch die Reichweite. Bei E-Antrieben ändert sich die Kapazität der Batterie bei fast jedem Ladezyklus. Ziel des Projekts ist auch eine zuverlässige Ladestandsanzeige zu entwickeln.
Lebensdauer und Performance von Lithium-Ionen Batterien
für elektrische Fahrzeugantriebe
Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren sind die Tankgröße und der Tankinhalt bekannt, somit auch die zu erwartende Reichweite. Bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb hingegen ändert sich die Kapazität der Batterie (Tankgröße) durch Alterungsprozesse fast bei jedem Ladezyklus. Hierbei spielt die Vorgeschichte der Energiespeicher eine bedeutende Rolle. Wurde der Akkumulator, bevor eine Aufladung erfolgte, nur zum Teil oder vollständig entladen? Welcher Temperatur war die Batterie bei welchem Belastungsspiel ausgesetzt? Aber auch der Batterietyp (z.B. LiMn, LiFePo4 oder LiPo) bzw. dessen Herstellungsverfahren beeinflusst die Alterungsgeschwindigkeit stark.
Stand der Technik
Häufig wird die Ladezustandsanzeige lediglich von der Spannung unter Last abgeleitet. Dabei bezieht man sich auf eine Referenzkurve, die für eine neue Batterie gilt. Dieses Verfahren ist zwar einfach und preiswert, aber auch mit ziemlichen Ungenauigkeiten behaftet, die sich in einer ungenauen Reichweitenberechnung äußert. Darüber hinaus ist das Alterungsverhalten so gut wie nicht berücksichtigt. Ein genaueres Verfahren für die Ladezustandsanzeige besteht darin, die aufgenommene und abgegebene Ladung aufzuzeichnen, d.h. zu bilanzieren. Durch viele Ladezyklen ergeben sich allerdings auch hier im Laufe der Zeit Ungenauigkeiten. Nur durch eine regelmäßige Kalibrierung kann ein genaues Ergebnis erzielt werden.
Ziel der Batterieforschung
Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, den Effekt der Alterung in die Ladezustandsanalyse zu integrieren. Dabei soll die individuelle Historie einer Batterie berücksichtigt werden, indem alle relevanten Faktoren wie Temperatur, Spannung und Strom jeder Zelle aufgezeichnet und in einem mathematischen Modell verarbeitet werden. Die grundsätzlichen Abhängigkeiten werden in einem Kälteschrank durch umfangreiche Labormessungen untersucht und mit den Ergebnissen aus den im realen Betrieb gewonnenen Daten abgeglichen. Am Ende soll ein zuverlässiges Modell stehen, das die individuelle Alterung bei der Ladezustandserfassung mit berücksichtigt.
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