Modulare Hochleistungsbatteriesysteme in Verbindung mit Schnellladetechnik (MoBat)

Abschlussbericht

Beck, Hans-Peter

• Verlag: Cuvillier Verlag
• Jahr: 2022
• ISBN drucken: 9783736976573
• eBook-ISBN: 9783736966574
• Auflage: 1

Der Einsatz von Batteriesystemen in Fahrzeugen für Industrieanwendungen und zum Transport von Personen sowie Gütern, welcher ein hohes Maß an Leistungs- und Energiedichte voraussetzt, war zentraler Untersuchungsgegenstand im Projekt Modulare Hochleistungsbatteriesysteme in Verbindung mit sicherer Schnelladetechnik (MoBat). Den Anstoß zum im Bericht dargestellten Projekt gab unter anderem das im Juni 2016 beendete Projekt Batterieelektrische Schwerlastfahrzeuge im "intelligenten" Containerterminalbetrieb, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wurde. Ziel dieses Projektes war es, ein bisher mit Bleibatterien betriebenes Schwerlastfahrzeug mit Lithium-Batterien zu versehen.Um die Nutzung von Lithium-Batterien in den genannten Bereichen zu ermöglichen, müssen ökonomisch vertretbare Konzepte in Konkurrenz zu bestehenden Lösungen betrachtet werden. Dazu wurde in MoBat ein alternatives Konzept im Bereich der Personenbeförderung betriebswirtschaftlich untersucht. Die Idee einer alternativen Lösung ergibt sich aus der Überlegung die Fahrzeuge während kurzer Stillstandzeiten im Betrieb mit einem sehr hohen Strom zu laden. Das Vorgehen wird im Allgemeinen als Opportunity Charging bezeichnet. Demgegenüber steht eine klassische Depot-Ladung (auch Overnight Charging) bei der die entsprechenden Fahrzeuge nach dem Betrieb über eine längere Dauer geladen werden.Die technischen Voraussetzungen, die zur Umsetzung solcher Konzepte betrachtet werden müssen, stellten einen zentralen Gegenstand der Untersuchungen dar. Dazu zählt beispielsweise die Schnellladung von Lithium-Batterien sowie die dafür benötigten technischen Systeme und Voraussetzungen. Für die Realisierung eines sicheren Betriebes wurden die Ladetechnik, Sensorik und die Implementierung in ein Gesamtsystem im Projekt untersucht. Beteiligt waren in dem vom BMWi geförderten Projekt die Verbundpartner Forschungszentrum für Energiespeichertechnologien der Technischen Universität Clausthal, Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut, Schunk Transit Systems GmbH, Stöbich technology GmbH, Wolfsburg AG und AKASOL AG.

Inhaltsverzeichnis

• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Abkürzungsverzeichnis
• 1 Modulares Hochleistungsbatteriesystem
• 1.1 Entwicklung des modularen Batterieaufbaus
• 1.2 Auslegung hinsichtlich Energieinhalt und Leistungsfähigkeit
• 1.3 Fertigung der Batteriemodule mit faseroptischer Sensorik
• 1.4 Sicherheitsrelevante Sensorik/ Schutzeinrichtungen
• 1.5 Brandschutzkonzept
• 1.6 Fertigung des Gesamtsystems
• 1.7 Zusammenfassung Modulares Hochleistungsbatteriesystem
• 2 Faseroptisches Batteriemanagementsystem
• 2.1 Härtung faseroptisches BMS
• 2.2 Miniaturisierung und kosteneffiziente Systemhardware
• 2.3 Konzept zur Integration des BMS in die Konstruktion
• 2.4 Test nach den Anforderungen im Anwendungskontext
• 2.5 Zusammenfassung Faseroptisches Batteriemanagementsytem
• 3 Leistungs- und Sicherheitstests
• 3.1 Evaluation verschiedener Ladealgorithmen
• 3.2 Laboruntersuchung von Einzelzellen hinsichtlich maximaler Ladeleistungund thermischem Verhalten
• 3.3 Skalierung der Ladealgorithmen und Test auf Batterieebene
• 3.4 Vergleich konventionelle und faseroptischer Sensorik
• 3.5 Überprüfung der Modulsicherheit im Fehlerfall
• 3.6 Bewertung und Optimierung des Sicherheitsverhalten
• 3.7 Zusammenfassung Leistungs- und Sicherheitstests
• 4 Sichere Schnellladetechnik
• 4.1 Konzeptionierung der Ladetechnik für die geforderte Leistung
• 4.2 Abstimmung der Schnittstelle Batterie/Ladegerät
• 4.3 Ladetechnik im Hinblick auf mögliche Feldumgebung
• 4.4 Fertigung Pantograph
• 4.5 Installation des Gesamtsystems in der Laborumgebung
• 4.6 Inbetriebnahme und Funktionsprüfung
• 4.7 Optimierung des Gesamtsystems
• 4.8 Zusammenfassung Sichere Schnellladetechnik
• 5 Lebensdaueruntersuchung
• 5.1 Langzeituntersuchungen von Zellen, Modulen und Gesamtsystem
• 5.2 Übertragbarkeit von Lebensdaueraussagen der Zelltests auf die Modul- undSystemebene
• 5.3 Modellierung der Alterung des Batteriesystems
• 5.4 Business Case im Anwendungskontext
• 5.5 Zusammenfassung Lebensdaueruntersuchung
• 6 Literaturverzeichnis