Diese Arbeit befasst sich mit der ganzheitlichen Betrachtung des Einsatzes von 12-Volt-Lithium-Ionen-Starterbatterien in PKW-Bordnetzen. Neben der Vorstellung einer Methode zur Bestimmung der notwendigen Batteriemindestkapazität wird ein Eigenschaftsvergleich zwischen Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Starterbatterien durchgeführt und ein Verfahren zur Absicherung und Diagnose von vielzelligen Batteriesystemen diskutiert, sowie die Wirtschaftlichkeit aktiver und passiver Zellsymmetrierungssysteme untersucht. Ferner wird das Alterungsverhalten einer 12-Volt-LiFePO4-Starterbatterie bei verschiedenen Zellumgebungsmaterialien und Klimazonen modellbasiert untersucht und zudem ein Klemmenspannungsmodell vorgestellt, das mittels Stromimpulsen und elektrochemischer Impedanzspektroskopie parametriert und mit einem Subhysteresemodell ausgestattet wird.
- 349 Seiten
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9783736978690
Auflage
2Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung und Problemstellung
- 2. Eigene Vorgehensweise sowie Abgrenzungund Weiterentwicklung zum Stand der Technik
- 3. Einführung
- 3.1. Fahrzeugbordnetz
- 3.2. Lithium-Ionen-Starterbatterie
- 3.3. Modellierung einer Batteriezelle
- 3.4. Batteriebezogene Größen und Definitionen
- 3.5. Verfahren zur Batteriecharakterisierung
- 3.6. Kaltstarttest nach DIN EN 50342
- 3.7. Wärmeübergangsmechanismen und Nettostrahlungsmethode
- 4. Untersuchung und Einordnung desEnergiebedarfs eines Fahrzeuges
- 4.1. Kategorisierung von Energiespeichern, Energieerzeugern und Energieverbrauchern
- 4.2. Batterieklemmen-Strom- und -Spannung
- 5. Motivation für den Einsatz einer 12-Volt-Starterbatterie mit Lithium-Eisenphosphat-Technologie
- 5.1. Auswahl einer geeigneten Batterietechnologie
- 5.2. Auswahl einer geeigneten Kombination von Kathoden- und Anodenmaterial
- 5.3. In dieser Arbeit verwendete Lithium-Ionen-Zellenund -Batterien
- 6. Vorschlag einer Methode zur Abschätzung der für den Fahrzeugeinsatz notwendigen Kapazität einer LFP-Starterbatterie
- 6.1. Relative Vollladekapazität und relativerGleichstromwiderstand einer gealterten Batterie
- 6.2. Festlegung der erforderlichen Batteriekapazitätanhand des Fahrzeugruhestromes
- 6.3. Verifizierung der ermittelten Batteriekapazitätanhand der Kaltstartfähigkeit
- 6.4. Zusammenhang zwischen Gleichstromwiderstandund Batteriekapazität
- 6.5. Berechnung der Batteriekapazität
- 6.6. Fazit
- 7. Eigenschaftsvergleich von LFP-,Blei-Säure- und AGM-Starterbatterien
- 7.1. Kaltstarttests
- 7.2. Motorstarttests
- 7.3. Bordnetzstabilität
- 7.4. Ladeakzeptanz
- 7.5. Zusammenfassung und Fazit des Eigenschaftsvergleichs
- 8. Maßnahmen zur Absicherung von Starterbatterien im Allgemeinen und Vielzellensystemen im Speziellen
- 8.1. Versuchsreihe zur Sensibilisierung im Umgang mit LFP-Zellen
- 8.2. Passive und aktive Zellabsicherung mit Diagnosefunktion
- 8.3. Konzept für eine Eingangsschutzschaltung für12-Volt-Starterbatterien
- 9. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von aktiver und passiver Zellsymmetrierung im Kontext einer LFP-Starterbatterie
- 9.1. Kraftstoff-Mehrverbrauch bei passiver statt aktiver Zellsymmetrierung
- 9.2. Bestimmung der Rentabilitätsschwelle mittels der Kapitalwertmethode
- 9.3. Fazit der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
- 10. Verfahren zur Simulation des Alterungsverhaltens eines Batteriesystems
- 10.1. Strom- und Spannungs-Profil zur Validierung des1-RC- und 2-RC-Modells
- 10.2. 1-RC-Modell mit den Alterungsschnittstellen für SOHC und SOHR
- 10.3. Alterungsmodell: Messung, Abbildung und Kumulation von cv und rDC
- 10.4. Berechnung der zeitabhängigenTemperaturverläufe in der Batteriemulde
- 10.5. Batterie-Stromprofil als Eingangsgröße für nachfolgende thermische Berechnungen
- 10.6. Berechnung der Zellwickeltemperaturverläufe derwärmsten und kältesten Woche einer Klimazone
- 10.7. Bestimmung der Batteriealterung für n Jahremittels Zellwickeltemperatur und Klimazone
- 10.8. Gesamtprozedur zur Bestimmung der Batteriealterung für n · j Jahre
- 10.9. Anwendung der Gesamtprozedur am Beispieleiner 12-Volt-4s10p-LFP-Starterbatterie
- 11. Vorstellung der entwickelten Batterien und Batteriesysteme
- 11.1. LFP-Versuchsbatterie mit 36 Ah in4s2p-Konfiguration
- 11.2. LFP-Versuchsbatterie mit 44 Ah in4s10p-Konfiguration
- 11.3. LFP-Versuchsbatterie mit 60 Ah in4s26p-Konfiguration
- 11.4. Vorschlag für eine LFP-Versuchsbatterie in4s48p-Konfiguration
- 11.5. LFP-Rapid-Prototyping-System mit 44 Ah in4s10p-Konfiguration
- 11.6. LFP-Rapid-Prototyping-System mit 44 Ah in4s10p-Konfiguration mit Automotive-Prozessor
- 12. Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Glossar
- Symbolverzeichnis
- A. Im Rahmen dieser Arbeit entstandenes Material
- B. Vorschlag für ein schnelles aktives Verfahren zur Zellsymmetrierung
- C. Bordnetz
- D. Batterietechnologien
- E. Thermodynamik
- F. Weitere Definition des SOH
- G. Detaillierte Herleitung eines Wochenstromprofils