Erweiterung eines elektrochemischen Batterie-Modells mittels thermischer Ruckkopplung

Kurzfassung

Die zukunftige Modellierung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) gewinnt immer mehr an Bedeutung. Im Bereich von einzelnen Lithium-Ionen-Zellen (LIZ) sind schon viele Ansätze und Theorien zur Modellierung aufgestellt worden. Um allerdings größere, komplexe Speichersysteme, die aus mehreren Einzelzellen bestehen, simulieren zu können, mussen die Modellierungsansätze erweitert werden. Im Rahmen dieser Arbeit ist, auf Basis eines bereits erstellten isothermen Reduced-Order Modells (ROM) einer LIZ, ein thermisch ruckgekoppeltes Speichersystem mit mehreren LIZ aufgebaut worden. Das elektrochemische und auch thermische Verhalten kann sowohl für eine LIZ als auch für das aufgebaute Speichersystem, bestehend aus mehreren Batteriemodulen, untersucht werden. Die Modellergebnisse sind mit den Messwerten einer realen Zyklusfahrt (Lade- und Entladezyklen) des betrachteten Referenzspeichers der EnBW (96 Samsung SDI 94 Ah Zellen) verglichen worden. Anhand der Modellergebnisse werden die Spannungs- und Temperaturverläufe, im Vergleich zu den realen Messwerten, mit einer hohen Qualität wiedergegeben. Gleichzeit kann jeder Belastungswechsel im Modell simuliert werden. Neben den qualitativ hochwertigen Modellergebnissen kann das aufgebaute thermische Ersatzschaltbild (ESB) die Temperaturverläufe einzelner Batteriemodule im Speicherverbund simulieren. Das aufgebaute LIB-Modell kann auf beliebig große Speichersysteme ausgeweitet und auf die verwendete Zelltechnologie angepasst werden. Damit eignet sich das LIB-Modell sehr gut für einen Vergleich verschiedener Zelltechnologien. Über eine durchgefuhrte Sensitivitätsanalyse werden die positiven und negativen Einflüsse des Diffusionskoeffizienten im Elektrolyten sowie der Bruggeman-Faktoren (positiver/negativer Elektrodenbereich) in Bezug auf die entnehmbare Kapazität und die daraus resultierende Wärmeleistung der LIZ aufgezeigt.