2021 Kooperationsprojekt

Optimal Parallel Battery – OparaBatt

Um Speichersysteme mit hoher Energie-/Leistungsdichte mit vielfacher Parallelschaltung sicher, effizient und mit geringen Verlusten zu betreiben, ist detailliertes Wissen über die Stromverteilung unerlässlich. Trotz einiger themenbezogener Publikationen steht eine ganzheitliche Betrachtung der Einflussfaktoren, wie z. B. Temperatur und Kontaktierung, und der Auswirkungen der Stromverteilung in der Parallelschaltung noch aus.

links: Simulierte Stromdichte in einem Batteriemodul. Durch eine Co-simulation aus ESB und FEM werden die Stromableiterbleche, welche die Zellen miteinander verbinden, und die Zellen berücksichtigt. (Quelle: Benedikt Einhauser, INVENOX GmbH) rechts: Worst-Case Simulative Untersuchung der Stromverteilung von 96 parallelen Zellen während einer Entladung mit einstündigem Strom. (Quelle: Benedikt Einhauser, INVENOX GmbH)

Ziel des Forschungsvorhabens war die Zusammen- und Fortführung der aktuellen Forschungsergebnisse zum Thema Parallelschaltung von Lithium-Ionen-Zellen hinsichtlich Stromverteilung, Alterung und Sicherheit. Validierte Simulationsmodelle sollen Design und Betrieb von Batteriesystemen optimieren.

Im Vorhaben wurden Einflussfaktoren und Auswirkungen der Stromverteilungen innerhalb eines Batteriemoduls analysiert. Die Messaufbauten der Technischen Universität München konnten gezielt Umgebungseinflüsse regeln. Mithilfe der Verbindungstechnologie des Industriepartners wurde die inhomogene Stromverteilung innerhalb eines Batteriemoduls untersucht. Es wurden Simulationsmodelle entwickelt, um die Stromverteilung paralleler Zellen nachzubilden; siehe dazu Abbildungen. Diese wurden mit umfangreichen Zellmessungen validiert. So konnte das Moduldesign optimiert werden.

Durch Simulationen und Messungen konnte gezeigt werden, wie Einflussfaktoren, wie z. B. Temperatur und Kontaktierung, bei der Konfiguration und Entwicklung von Batteriesystemen berücksichtigt werden sollten. Die Vermessung der Stromverteilung konnte in OparaBatt durch eine neue Methode mit geringem Kosten- und Messaufwand erweitert werden. Mit diesen Resultaten zeigte eine Alterungsstudie den Einfluss des initialen Unterschiedes von Widerstand und Kapazität in parallel geschalteten Zellen. Durch eine Gegenüberstellung von Zell- und Modultests wurde unter der Verwendung verschiedener Zelltypen der Wirkungsgrad in Bezug auf die verfügbare Energie ermittelt. Durch den Einsatz eines Materials zwischen den Zellen, welches die thermische Energie bei einem thermischen Durchgehen aufnimmt, konnte die Propagation vermieden werden.

Projektfinder
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Forschungsverbünde

In strategisch wichtigen Bereichen werden von der Forschungs­stiftung auch Forschungs­verbünde initiiert und gefördert.

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Projektleitung
Technische Universität München
Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik (EES)
Projektpartner
INVENOX GmbH