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Bayerisches Zentrum für Batterietechnik (BayBatt)

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Elektrodenindividuelle Zustandsschätzung und -vorhersage mittels diskreter thermo-elektrochemischer Modelle und Experimente

Projektbeschreibung:

Lithium-Ionen-Batterien mit Graphit als Anode, Schichtoxid als Kathode und flüssigem Elektrolyten (Leitsalz in organischem Lösungsmittel) sind heute Stand der Technik für portable, mobile und stationäre Anwendungen. Ein sicherer Betrieb ist nur in einem engen und klar begrenzten Arbeitsbereich von Zellspannung und -temperatur möglich. Dieses Forschungsprojekt hat sich zum Ziel gesetzt, ortsaufgelöste thermo-elektrochemische Modelle zu entwickeln und eine entsprechende experimentelle Systemidentifikation durchzuführen. Diese dient final der modellbasierten und sensorgestützten Zustandsschätzung in der Zelle (Temperatur, Ladezustand, Elektrodenpotentiale), individuell für jede Komponente (Anode, Kathode und Separator) sowie der Vorhersagefähigkeit (Leistungsprognose, Vorhersage der Strombelastbarkeit) für einen sicheren und langlebigen Betrieb. Dabei wird vor allem auf eine effektive Vermeidung von (lokalen) sicherheitskritischen und alterungsbeschleunigenden Zuständen sowie eine bessere Ausnutzung des erlaubten Betriebsfensters für Hochleistungsanwendungen wie die Schnellladung Wert gelegt. Die simulative Grundlage dafür bietet ein orts- und zeitdiskretes Modell basierend auf dem Ansatz der Leiterbahntheorie. Das so aufgebaute elektrochemische Modell ist einfach zu parametrieren und kann durch effiziente Lösungsalgorithmen echtzeitfähig simuliert werden. Analog dazu wird das thermische Verhalten der Zelle durch ein vergleichbares orts- und zeitdiskretes Modell abgebildet. Durch die Wahl geeigneter Rand- und Koppelbedingungen können beide Modelle miteinander verknüpft werden und ermöglichen so eine echtzeitfähige elektrochemisch-thermische Simulation.

Laufzeit: 3 Jahre

Arbeitsgruppenleitungen:

  • Prof. Dr.-Ing. Michael Danzer, Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme (EES), Fakultät für Ingenieurwissenschaften
  • Prof. Dr. Markus Retsch, Lehrstuhl für Physikalische Chemie I (PC I), Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften

Promovierende:

  • Christian Plank, M.Sc., Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme (EES)
  • Flora Lebeda, M.Sc., Lehrstuhl für Physikalische Chemie I (PC I)


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