Thermo-elektrischer Batterieprüfstand

• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448337059

Forschungsorientierte und entwicklungsbegleitende Tests an Batterien, Brennstoffzellen und Redox-Flussbatterien werden typischerweise unabhängig voneinander auf Zellebene und im System (Serien-Parallel-Verbund oder Stapel) durchgeführt. Eine Unterscheidung von Zellstreuung und den Auswirkungen von Inhomogenitäten im Betrieb von Zellen im Verbund sind damit nicht möglich. Ziel des hier skizzierten, testbasierten Vorhabens ist es daher, das elektrochemische und elektrothermische Verhalten sowie das Alterungsverhalten von Einzelzelle und Zellverbund so zu untersuchen, dass sowohl die statistische Zellstreuung als auch die verstärkenden Effekte durch inhomogenen Betrieb identifiziert und quantifiziert werden können. Notwendige Voraussetzung dafür ist enge Kopplung der Tests auf Zellebene (6 V-Kanäle) und auf Modulebene (60 V-Kanäle). Die Kopplung betrifft dabei die eingeprägten Stromprofile, das Erreichen von Abschaltgrenzen (Spannungslimitierung), die Anpassung der Lastprofile über die Lebensdauer (Veränderung der Kapazitäten oder der Strombelastbarkeit), die zeitliche Synchronisation (z.B. gleiche Ruhezeiten, gleiche Testunterbrechung für Referenztests) sowie gleiche Temperaturprofile in einer Klimakammer als entscheidende Umgebungsbedingung. Die notwendige Kopplung der Spannungsebenen (Zelle / Modul) wird im beantragten Testsystem durch die systemumfassende Steuerungssoftware gewährleistet, welche bezüglich den Testkanälen und den Spannungsebenen eine übergreifende Programmierung der Testzyklen ermöglicht. Das zweite Ziel für den Batterieprüfstand ist die Realisierung einer alterungsminimalen Schnellladeregelung von Batteriemodulen zum einen über den gekoppelten Einsatz einer Pilotzelle oder zum anderen über einen eingebetteten digitalen Zwilling. Im ersten Fall wird die Pilotzelle einer detaillierten Diagnose unterzogen. Die während des Betriebs gewonnenen Erkenntnisse werden zur Strombegrenzung der Ladung des Batteriemoduls eingesetzt. Im zweiten Fall werden modellbasierte Informationen des elektrochemischen Verhaltens einer Zelle über software-in-the-loop in Echtzeit in den Regelkreis der Laderegelung eingebunden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Thermo-elektrischer Batterieprüfstand
• Gerätegruppe: 6010 Batterie-Ladegeräte, Batterie-Überwachungsgeräte
• Antragstellende Institution: Universität Bayreuth
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Michael Danzer