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Erschienen in:
2023 | OriginalPaper | Buchkapitel
Simulation und Validierung verschiedener Batteriezellen für Batterie- und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge
verfasst von : Stanislaw Rybak, Andreas Viehmann
Erschienen in: Experten-Forum Powertrain: Komponenten und Kompetenzen zukünftiger Antriebe 2022
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
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Zusammenfassung
Aus Sicht der Kunden sind eine hohe Sicherheit, eine hohe Kapazität und eine schnelle Lademöglichkeit wesentliche Anforderungen an ein Elektrofahrzeug. Aus technischer Sicht ergeben sich daraus sehr anspruchsvolle Anforderungen an das Batteriesystem. Die Schlüsseleigenschaften in Bezug auf Sicherheit und Laden werden stark von der mechanischen Struktur (z. B. Crashsicherheit) und dem thermischen System (z. B. Ladeleistung) der Batterie beeinflusst. Da es verschiedene Ansätze für Zellformate und -größen sowie für die strukturelle oder funktionale Integration gibt, besteht in der Entwicklungsphase ein Bedarf an präzisen Simulationsmodellen.
Neben verschiedenen Kundenprojekten unterstreicht EDAG seine Kompetenz in Innovationsprojekten zu Energiespeichersystemen. Im Rahmen eines solchen Projekts wurde die skalierbare Batterie SCALEbat entwickelt, die Automobilherstellern und Startup-Unternehmen hilft, die Zeit bis zur Markteinführung von flexiblen Elektrofahrzeugplattformen zu verkürzen. Parallel dazu wurde das hybride Energiespeicherkonzept H2HyBat als neuartiger Ansatz entwickelt, um sowohl Wasserstofftanks als auch Batteriezellen in den Bauraum einer Elektrofahrzeugplattform zu integrieren.
In diesem Beitrag werden ausgewählte Anwendungen von Simulationen des Batterie- und Zellverhaltens für die beiden genannten Batteriesysteme beschrieben. Die Kenntnis über das Zellverhalten in einem Crashlastfall ist unerlässlich für die Entwicklung eines verlässlichen und sicheren Batteriesystems. Aus diesem Grund hat EDAG ein Zellmakromodell entwickelt, das in Modul-, Batterie- und Gesamtfahrzeugsimulationen eingesetzt werden kann.
Das Batteriemodell für die Crashsimulation beschreibt das mechanische und elektrische Verhalten der Zelle während einer Crashsituation. Das Modell wurde durch eine Reihe von mechanischen Versuchen validiert, damit die mechanischen Eigenschaften und die jeweiligen Kurzschlusszeitpunkte übereinstimmen. Die Bestimmung des Kurzschlusses erlaubt eine bessere Abschätzung der Kurzschlussgefahr der Zelle, wodurch eine weniger konservative Auslegung der Batterie- und Crashstruktur ermöglicht wird.
Durch den Einsatz der EDAG-Batteriesimulation kann die Leistung in Bezug auf Reichweite und die Crashsicherheit deutlich optimiert werden.