Von der Zelle zum Batteriesystem - Verschiedene Zellformate und ihre Systemintegration
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Von der Zelle zum Batteriesystem – Verschiedene Zellformate und ihre Systemintegration
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APL begleitet den Batterieentwicklungsprozess von der Auswahl des Zellfor mats bis hin zur Integration in das Gesamtsystem. Das Unternehmen verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz mit einer Kombination aus Batterieerprobungen, Laboranalysen und umfassenden Simulationen, der die zielgerichtete Optimie rung im Spannungsfeld von Funktionalität, Sicherheit und Kosten ermöglicht.
AUSGANGSLAGE
Mit einem Anteil von bis zu 60 % ist die Batterie ein signifikanter Kostenfak tor bei der Herstellung batterieelektri scher Antriebsstränge, BILD 1. In diesem Zusammenhang wird insbesondere die
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Auswahl der optimalen Zellgeometrie aus den drei vorherrschenden Batterie formaten – zylindrisch, prismatisch und Pouch – kontrovers diskutiert. Während viele Fahrzeughersteller sich in den vergangenen Jahren auf groß formatige prismatische oder Pouch-Zel
len fokussiert haben, verfolgen einzelne Unternehmen den konsequenten Ansatz einer Rundzellentechnologie. Das Batteriesystem setzt sich aus Hunderten bis Tausenden Einzelzellen zusammen, die meist in zusätzliche Untereinheiten, die Batteriemodule,
A U T O REN
Dipl.-Ing. Christian Lensch-Franzen ist Geschäftsführer bei der APL Automobil-Prüftechnik Landau GmbH in Landau.
Dr.-Ing. Marcus Gohl ist Leiter Basisentwicklung bei der APL AutomobilPrüftechnik Landau GmbH in Landau.
Mareike Schmalz, M. Sc. ist Projektkoordinatorin im Bereich Basisentwicklung bei der APL Automobil-Prüftechnik Landau GmbH in Landau.
Dr.-Ing. Tahsin Doguer ist Projektingenieur im Bereich Basisentwicklung bei der APL Automobil-Prüftechnik Landau GmbH in Landau.
BILD 1 Kostenanteil Batteriesystem und -zelle am Antriebsstrang und Marktdurchdringung der Zellformate (schematisch) (© APL)
gegliedert sind. Die Frage nach der optimalen Zelle ist nicht allein unter Berücksichtigung der Faktoren Kosten und Energiedichte zu beantworten. Vielmehr handelt es sich um eine Opti mierung in einem komplexen Lösungs raum aus elektrischen, therm ischen und mechanischen Randbedingungen im Kontext des Gesamtsystems. Gleich zeitig sind die notwendigen Sicherheits anforderungen zu gewährleisten. APL begegnet diesen Herausforderungen mit einem ganzheitlichen Engineering konzept. Die Entwicklungsleistungen erstrecken sich von der grundlegenden Charakter isierung der Batteriezellen auf der Materialebene bis hin zum Gesamtsystem. UNTERSCHIEDLICHE BATTERIEZELLFORMATE
Zylindrische und prismatische Zellen haben einen ähnlichen Grundaufbau. In der Fertigung werden Elektrodenlayer und Separatorschichten zu einem Wickel aufgerollt und in ein festes Gehäuse ein gebracht, BILD 2. Die Pouch-Zelle unter scheidet sich von den anderen beiden MTZ 11|2020 81. Jahrgang
BILD 2 Aufbau und Eigenschaften der Batterieformate (© APL)
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ENT WICKLUNG Bat terien
BILD 3 Topologie der Zelloberfläche (oben rechts); Abhängigkeit der Ausdehnung vom Ladezustand (State of Charge, SoC) (unten links); lo
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