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Simulation und Emulation von Lithium-Ionen Batterien

Elektrochemische Modellierung von Energiespeichern

Simulation und Emulation von Lithium-Ionen Batterien
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Simulation und Emulation von Lithium-Ionen Batterien

Elektrochemische Energiespeicher und deren mathematische Modelle von Transportprozessen werden vorgestellt incl. praktischer Anwendung der Simulationssoftware eLISE am Beispiel der Lithium-Ionen-Batterie.


Inhalt

 

  • Grundlagen
    • Funktionsweise und Anwendung verschiedener Batterietechnologien
    • Grundbegriffe der Energispeicher und Methoden zur Parametrierung (Bsp.: EIS - Electrochemical Impedance Spectroscopy)
  • Modellierung
    • Grundlagen der Thermodynamik mit Schwerpunkt Energiespeicher
    • Mathematische Modellierung der Transportprozesse (Kontinuitätsgleichung Masse, Ladung, Energie) und Wechselwirkungen (Butler-Volmer-Gleichung und Doppelschicht) am Beispiel der Lithium-Ionen Batterie
  • Batteriemanagementsysteme
    • Steuerung und Kontrolle von Batteriesystemen mit Hilfe von Batteriemanagementsystemen
    • Zustandsbestimmung und Alterung von Energiespeichern
  • Batterieemulation
    • Anwendung der Simulationssoftware in Hardware-in-the-Loop (HiL) Verfahren
    • Modellierungsansätze und Echtzeitanforderung Bussysteme und Kommunikation
  • Praktische Übung
    • Praktische Anwendung der elektrochemischen Modellierung anhand von Beispielen (Softwarepaket eLISE) und Interpretation der Ergebnisse basierend auf dem erlernten Wissen

Zum Thema

Die Software eLISE basierend auf einem elektrochemisch-physikalischen Modell ermöglicht die Abbildung relevanter Prozesse innerhalb eines Energiespeichers unter unterschiedlicher Betriebsbedingungen. Damit können sowohl Zellkonzepte bewertet als auch unterschiedliche und reproduzierbare Batteriezustände generiert werden, die zur Prüfung von Zustandserkennungsalgorithmen (BMS) dienen.

In einer Echtzeitvariante werden Modelllösungen dieser Art als Batterieemulatoren zur Nachbildung des Klemmenverhaltens in hardware-in-the-Loop Prüfständen eingesetzt. Neben der Kontrolle und der Reproduzierbarkeit des Batteriezustandes, die in realen Systemen nur bedingt realisierbar sind, bieten Batteriesimulatoren und -emulatoren basierend auf elektrochemisch-physikalischen Modellen die notwendige Präzision bei gleichzeitig nur geringen Kosten und einer enormen Zeitersparnis in der industriellen und vorindustriellen Forschung von Automobil- und Batterieherstellern. 

 

  • Demonstration mit eLise
  • Batteriesimulation
  • Lithium-Ionen Know-how

Zielsetzung

Sie erlernen die Prinzipien der mathematischen Modellierung von Transportprozessen und Wechselwirkungen sowie Parametrierungsmethoden elektrochemischer Energiespeicher  und festigen Ihr Wissen in praktischer Anwendung der Simulationssoftware eLISE am Beispiel der Lithium-Ionen-Batterie. 

Teilnehmerkreis

Batteriehersteller und Hersteller batteriebetriebener Geräte, Fahrzeuge und Anlagen; BMS Hersteller und Entwickler von BMS-Algorithmen, Ingenieure, (Elektro-) Chemiker und Physiker an Forschungseinrichtungen und Universitäten.

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Referenten

Mathias Thiele B.Sc.

Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, Kassel

Dr. Tatjana Dabrowski

Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, Kassel

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christoph Kettenring

Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, Kassel

Dipl.-Ing. Matthias Puchta

Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, Kassel

Dr. Michael Schwalm

Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, Kassel

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