Thermisches Batterieverhalten – Von den Grundlagen bis zur Systemintegration

Das Thermomanagement ist für die Performance und insbesondere die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batteriezellen von entscheidender Bedeutung. Hierbei stellt neben der Systemintegration die große Material- und Designvarianz der Batteriezellen eine zentrale Herausforderung dar. Diese verstärkt sich noch mit Blick auf zukünftige Batterietechnologien, wie bspw. Natrium-Ionen-Batterien oder Festkörperbatterien. Das Verständnis des thermischen Batterieverhaltens und die darauf abgestimmte Implementierung des Thermomanagementsystems sind daher Schlüsselkompetenzen beim Design leistungsfähiger, langlebiger und sicherer Batteriesysteme.

Sie erfahren in diesem Seminar etwas über die Themen:

• Grundlagen von Batterien und derenthermisches Verhalten
• Bedeutung des thermischenZellverhaltens für Leistungsfähigkeit und Lebensdauer
• Wechselspiel zwischen demthermischen und elektrischen Zell- und Systemverhalten
• Bedeutung des Zelldesigns für dasthermische Verhalten und das Thermomanagement
• Beispiele etablierter undinnovativer Thermomanagementsysteme und deren Bewertung
• Werkzeuge zur Bewertung,Charakterisierung und Modellierung des thermischen Batterieverhaltens

Zum Thema

Interkalationsbatterien wie Lithium- und Natrium-Ionen-Batterien haben sich aufgrund zahlreicher Vorteile als Speichertechnologie für die E-Mobilität etabliert und sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung für stationäre Energiespeicher oder Power-Tools. Die Energie- und Leistungsdichte, die Ladezeiten und die Lebensdauer sind für den Anwender zentrale und entscheidende Aspekte für die Alltagstauglichkeit. Die Performance der Batteriesysteme wird hierbei signifikant durch die Temperatur beeinflusst. Temperaturen außerhalb des optimalen Betriebsfensters führen zu Leistungseinbußen und beschleunigen Degradationsprozesse im Zellinneren. Die Folge können eine geringere Lebensdauer des Gesamtsystems oder sogar sicherheitskritische Zustände sein.

Für einen optimalen Betrieb im Zellverbund kommen daher Thermomanagementsysteme zum Einsatz wie beispielsweise in Elektrofahrzeugen und stationären Speichern. Insbesondere für kritische Betriebsszenarien wie die Schnellladung ist eine leistungsstarke Temperierung notwendig. Diese geht aber unvermeidlich mit inhomogenen Temperaturverteilungen einher, sowohl über den Zellverbund bzw. das Pack hinweg als auch innerhalb der einzelnen Batteriezellen. Diese beeinflussen wiederum das lokale elektrische Zellverhalten und können sich dadurch auch potenziell negativ auf die Performance und Alterung der Batteriesysteme auswirken. Infolgedessen entsteht ein komplexes Wechselspiel zwischen dem elektrischen und thermischen Verhalten der Batteriezellen, dem Zellverbundsystem und der äußeren Temperier Applikation. Neben diesen Aspekten müssen die Aspekte Kosteneffizienz, geringer Bauraum und geringes Gewicht beachtet werden, letztere insbesondere in der Elektromobilität.

Die Erfüllung aller dieser Anforderungen stellt eine veritable Herausforderung dar, bietet damit aber auch entscheidende Differenzierungsmöglichkeiten im Wettbewerb. Ein fundiertes Verständnis des Batterieverhaltens und seiner Wechselwirkung mit unterschiedlichen Temperierungsapplikationen ermöglicht optimale Lösungen für das thermische Zell- bzw. Packdesign mit Blick auf Performance, Lebensdauer, Kosten und Systemintegration.