Thermische Ersatzzellen zur Validierung von Lithum-Ionen-Batteriesystemen
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Thermische Ersatzzellen zur Validierung von Lithum-Ionen-Batteriesystemen
Der anhaltende Fortschritt bei der Entwicklung von LithiumIonen-Batterien führt zu immer höheren Reichweiten bei zugleich sinkenden Kosten und kürzeren Ladezeiten. Mittels Ersatzzellen lassen sich laut KIT und Mahle die Entwicklungs zyklen für Batterien weiter verkürzen. So können Hersteller stets die leistungsfähigste Zelltechnologie in neuen Fahrzeugen einsetzen.
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LITHIUM-IONEN-BATTERIEN IN KURZEN ZYKLEN ENTWICKELN
Für den nachhaltigen Markterfolg von Elektrofahrzeugen und die weitere Erhöhung ihrer Kundenakzeptanz sind trotz deutlicher Fortschritte in den letzten Jahren die Themen Reichweitenerhöhung, Kostensenkung und Verkürzung der Ladezeiten weiterhin von zentraler Bedeutung. Zur Umsetzung dieser Ziele fällt der Lithium-Ionen-Batterie eine Schlüsselrolle zu: Die Lithium-IonenTechnologie durchläuft eine anhaltend
AUTOREN
Philipp Seegert ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).
dynamische Entwicklung und setzt das Ziel, stets die neueste und leistungs fähigste Zelltechnologie in einem Fahrzeug einzusetzen. Die Entwicklungs zyklen müssen daher verkürzt und gleichzeitig alle notwendigen Validierungs- und Qualitätsanforderungen eingehalten werden. Neue Entwicklungsmethoden und -tools werden benötigt, welche die effiziente Ent wicklung innovativer Technologien ermöglichen, ihre Validierung beschleunigen und die Leistungsfähigkeit von Batteriesystemen verbessern. Das Thermomanagement nimmt bei den genannten Anforderungen eine zentrale Rolle ein: Die stetige Erhöhung der Energiedichte der Batterien und die hohe Wärmeentwicklung bei Schnell ladevorgängen mit bis zu 350 kW erfordern eine effiziente Temperierung, welche die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Batterie sicherstellt. Thermomanagementsysteme der nächsten Generation nutzen hochintegrative Ansätze zur direkten Kopplung an die Batteriezellen. Auslegung und Validierung verschieben sich von der Komponenten- auf die Systemebene. Zudem werden neue Validierungsmethoden benötigt. Thermische Ersatzzellen stellen hierbei ein leistungsfähiges Ent wicklungswerkzeug zur Validierung neuer Thermomanagementsysteme und Batteriekonzepte dar.
Sabrina Herberger ist technische Mitarbeiterin am Institut für Thermische Ver fahrenstechnik (TVT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).
André Loges ist Lead Engineer im Bereich Batteriesysteme der Zentralen Vorausentwicklung Thermo management bei der Mahle Inter national GmbH in Stuttgart.
ten weichen jedoch stark vom realen System ab, wodurch ihre Aussagekraft begrenzt ist und sie sich nicht ausreichend zu Validierungszwecken eignen. Das Konzept von Ersatzzellen beruht auf der Trennung der elektrochemischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften und Funktionen einer LithiumIonen-Batteriezelle. Thermische Ersatzzellen bilden mit hoher Genauigkeit das stationäre und dynamische thermische Verhalten einer Lithium-I
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