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Thermisches Verhalten von Lithium-Ionen Batterien

Thermomanagement, Leistung und Lebensdauer ganzheitlich betrachtet

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Für die Reichweite, Ladezeit sowie Lebensdauer von Elektrofahrzeugen (Elektroautos) ist das... mehr

Thermisches Verhalten von Lithium-Ionen Batterien

Für die Reichweite, Ladezeit sowie Lebensdauer von Elektrofahrzeugen (Elektroautos) ist das Leistungs- und Alterungsverhalten der Batteriesysteme (Batteriezellen) von zentraler Bedeutung. Lithium-Ionen-Batterien (LIB) haben sich aufgrund zahlreicher Vorteile als Speichertechnologie für die E-Mobilität etabliert. Die Performance dieser Batteriesysteme wird signifikant durch die Temperatur beeinflusst. Niedrige Temperaturen führen zu einem Leistungsverlust und können Degradationsprozesse (Alterung) auslösen, welche die Lebensdauer reduzieren. Auch erhöhte Temperaturen rufen verschiedene Nebenreaktion und Degradationsprozesse hervor.

Für einen optimalen Betrieb im Fahrzeug kommen daher Thermomanagementsysteme zur Temperierung der Batterie zum Einsatz. Effiziente Kühlkonzepte sind gefragt. Insbesondere für kritische Betriebsszenarien wie die Schnellladung ist zur Kompensation der Wärmefreisetzung ein leistungsstarkes System notwendig. Diese Temperierung der Batterie induziert Gradienten und inhomogene Temperaturverteilungen innerhalb der Zellen respektive im Batteriepack. Die Temperaturverteilungen beeinflussen wiederum das lokale elektrische Zellverhalten und können sich dadurch auch potentiell negativ auf die Performance und Alterung von Batteriesystemen auswirken. Dadurch entsteht ein komplexes Wechselspiel zwischen elektrisch-thermischem Verhalten der Batteriezellen und der äußeren Temperierapplikation im Fahrzeug.

Für die Auslegung effizienter Thermomanagementsysteme ist daher nicht nur ein fundiertes Verständnis des Batterieverhaltens, sondern auch der Auswirkung unterschiedlicher Temperierungsmöglichkeiten auf die Temperaturverteilung im Batteriesystem entscheidend. Mit Hilfe dieses Verständnisses können ergänzend Optimierungen des thermischen Zell- bzw. Packdesigns vorgenommen und eine Verbesserung der Performance und Lebensdauer des Batteriesystems erreicht werden. Diese ganzheitliche Betrachtung des thermischen Verhaltens des Batteriesystems im Fahrzeug, bietet die Möglichkeit bisher ungenutzte Kostensenkungs- und Leistungssteigerungspotentiale freizusetzen.

Zum Thema

Im ersten Teil des Seminars wird die Auswirkung der Temperatur auf die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von LIB herausgearbeitet und Grundlagen des thermischen Zellverhaltens vermittelt. Im zweiten Teil wird das Thermomanagement im Fahrzeug detailliert betrachtet. Dazu werden verschiedene etablierte Temperierapplikationen sowie innovative Verfahren (Kühlkonzepte) vorgestellt und verglichen.

Im abschließenden dritten Teil des Seminars werden verschiedene experimentelle und simulative Werkzeuge als Basis für die Auslegung des Thermomanagements von Batterien vorgestellt. Es werden die thermische Charakterisierung von LIB sowie die Ableitung fundierter digitaler Zwillinge zur Prädiktion des thermischen Zellverhaltens diskutiert. Mit den thermischen Ersatzzellen wird schließlich ein Validierungswerkzeug zur sicheren und kostengünstigen Untersuchung von Thermomanagementsystemen vorgestellt. Dadurch kann insbesondere für KMUs und Zulieferer ohne umfangreiche Infrastruktur und Vorwissen der Einstieg in das Thermomanagement von LIB erleichtert werden.

Programm

Online-Seminar, 09:00 bis 16:30 Uhr

  • Montag, 28.03.2022

    • Begrüßung und Vorstellung
    • Einführung: Warum Thermomanagement (z.B. beim Schnellladen)? – Einfluss der Temperatur auf Leistungs- und Alterungsverhalten
    • Grundlagen des thermischen Verhaltens von Lithium-Ionen Zellen
    • Thermomanagement im Elektrofahrzeug I – Etablierte Temperiersysteme
    • Thermomanagement im Elektrofahrzeug II – Innovative Verfahren
    • Temperaturüberwachung und Temperaturschutz in Batteriesystemen (Batterien)
    • Werkzeuge zur Auslegung des Thermomanagements I – Thermische Charakterisierung
    • Werkzeuge zur Auslegung des Thermomanagements II – Digitaler Zwilling
    • Werkzeuge zur Auslegung des Thermomanagements III – Thermische Ersatzzellen
    • Zusammenfassung und Abschluss


Weitere Informationen entnehmen Sie dem Flyer-Download oder besuchen Sie uns im Digitalen Campus

Zielsetzung

Im Seminar lernen die Teilnehmer die Bedeutung der Temperatur für das Leistungs- und Alterungsverhalten von Lithium-Ionen-Batterien. Dabei wird aufbauend auf den thermischen Grundlagen die Applikation des Thermomanagements vorgestellt. Durch den Vergleich etablierter Systemlösungen und innovativer Verfahren wird eine Orientierung sowie Bewertungsbasis für unterschiedliche Anforderungen ermöglicht. Vervollständigt wird das Seminar durch die Vorstellung grundlegender Werkzeuge zur Auslegung und Optimierung von Thermomanagementsystemen sowie des thermischen Zelldesigns.

Teilnehmerkreis

Das Seminar richtet sich im Besonderen an Entwickler und Führungskräfte aus den Bereichen Thermomanagementsysteme, Zell- und Packdesign, Batteriesysteme sowie Batteriealterung. Der Fokus liegt auf der automobilen Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher in Elektrofahrzeugen. Die vermittelten grundlegenden Kenntnisse sind jedoch auch auf die Bereiche der stationären Anwendung sowie beim Einsatz in Powertools übertragbar. Zielgruppe sind Unternehmen der Automobilindustrie, sowohl OEM als auch Zulieferer, sowie des Powertool-Marktes. Insbesondere auch KMUs als Zulieferer der Automobilindustrie können durch die vermittelten Inhalte einen Einstieg in die Thermomanagement-Auslegung von Lithium-Ionen Batteriesystemen erhalten.

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Referenten

Dr.-Ing. Thomas Kalmbach

MAHLE International GmbH, Corporate Advanced Engineering Thermal Management

Sabine Paarmann

M.Sc., Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT)

Dr.-Ing. Jan Philipp Schmidt

Mercedes-Benz AG, Stuttgart

Dipl.-Ing. Philipp Seegert

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT)

Prof. Dr.-Ing. Thomas Wetzel

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT)

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