KlemA: Bessere Lebensdauervorhersage

Um die Attraktivität von Elektrofahrzeugen zu steigern, besteht ein Ansatz darin, die Kosten der Traktionsbatterie zu senken. Das muss nicht zwangsläufig über eine kostengünstigere Herstellung erfolgen. Betrachtet man den „Total Cost of Ownership“ – also nicht nur die Anschaffungskosten, sondern alle Aspekte der späteren Nutzung wie Energiekosten, Wartung und Lebensdauer –, ergeben sich weitere Ansätze, um Kosten zu reduzieren. Einer liegt im Second Use der ausgedienten Traktionsbatterien in stationären Speichern.
Um Batterien, die aus Elektrofahrzeugen ausgemustert wurden, ein solches zweites Leben in einer anderen Anwendung zu bescheren, ist es essenziell, den Alterungszustand von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) klassifizieren zu können. Nur so kann gewährleistet werden, dass der Energiespeicher noch immer sicher und ausreichend funktioniert. Im Verbundvorhaben KlemA wird deshalb an Methoden und einem Modell gearbeitet, um den Alterungszustand von LIB verlässlich klassifizieren zu können. Diese sollen nicht nur für einen spezifischen LIB-Typen gelten, sondern möglichst viele verschiedene LIB abbilden.
In ihrem ersten Leben zeigen LIB typischerweise zuerst einen geringfügigen Abfall der Kapazität bis zu einem gewissen Punkt, an dem die Kapazität rapide abfällt. Bis heute ist nicht verstanden, welche Prozesse zu diesem Abknicken führen und wie sich das Abknicken vorhersagen lässt. Was bisher allerdings meistens vernachlässigt wurde, ist der Einfluss der Mechanik auf die LIB. In der Literatur finden sich Hinweise darauf, dass dieser nicht zu unterschätzen ist. So ändert sich das Verhalten einer LIB, wenn sie sich mit zunehmendem Alter ausdehnt, was den Druck innerhalb der Zelle erhöht und einen negativen Einfluss auf die Kapazität und die Leistungsfähigkeit der Zelle haben kann. Auch positive Effekte auf die Zelle werden in der Literatur beschrieben, wenn die Zellen in Batteriemodulen so fest verspannt sind, dass sie sich nicht ausdehnen können – man also von außen Druck auf die Zelle wirken lässt.
Im Verbundvorhaben KlemA sollen deshalb die Auswirkungen von externem Druck auf die Alterungsmechanismen, die weitere Sicherheit und die Lebensdauer der Batterie untersucht werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen in die Entwicklung eines ganzheitlichen Modells einfließen, welches auf physikalischen (anstelle von empirischen) Grundlagen basiert und die Alterung vollständig beschreiben kann.
Damit können für die ersten Anwendungen (First Use, OEM) Bedingungen für den Modul- und Packbau abgeleitet und die Betriebsstrategie einer LIB für die automotive wie stationäre Anwendung optimiert werden, wodurch eine nachhaltige Zweitnutzung ermöglicht wird. Schnellere und genauere Modelle zur Lebensdauervorhersage können in das Batteriemanagement eingebaut werden, wodurch Reichweite (bzw. Kapazität), Lebensdauer und Leistung gesteigert werden können – im First und Second Use. Ebenso wichtig ist das gewonnene Wissen zur aufgetretenen Alterung, um Batteriemodule in Second-Use-Anwendungen sicher und mit den nötigen Garantien betreiben zu können.

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