Batterietechnik


In dieser Arbeitsgruppe wird erforscht, wie sich die Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit von Batterien verbessern lässt.

This workgroup investigates how to improve lifetime and performance of batteries.

 

Verlängerung der Leistungsfähigkeit einer Batterie durch Ladungsumverteilung

Die Batterie eines reinen Elektrofahrzeugs besteht aus mehreren (bis zu hundert) in Serie geschalteten Zellen, um die hohen Batteriespannungen von 300 V bis 400 V der Fahrzeugbatterie zu realisieren. Bei aktuellen Fahrzeugen trägt die mitgeführte Batterie zu einem Großteil zum Gesamtgewicht des Fahrzeuges bei. Eine weitere Vergrößerung des Batterievolumens für Verlängerung der Reichweite ist daher, je nach Fahrzeugtyp, nur begrenzt möglich. Die aus der Batterie nutzbare Energie ist in der Regel von der schlechtesten Zelle abhängig. Durch den Einsatz eines intelligenten Batteriemanagementsystems mit aktiver Ladungsumverteilung ist es möglich, die „schwachen“ Zellen, die die Batteriekapazität begrenzen, durch „starke“ zu stützen. Das führt zu besserer Ausnutzung der vorhandenen Batteriekapazität und  Vermeidung der frühen Ausfälle der Batterie.
In Rahmen einer Kooperation mit der Industrie wurden im TTZ-EMO (ein Institut der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg – Schweinfurt) schon einige Prototypen für ein solches innovatives Systems entwickelt und aufgebaut.

In order to realize a high voltage battery (from 300V to 400V) of a pure electric vehicle (EV), its battery usually consists of several (up to hundred), cells in serial connection. A large part of the modern EV´s weight takes the high voltage battery. That is why further enlargement of the battery volume, in order to increase a driving range, is limited. The usable energy always depends on the weakest cell in the battery pack. By the application of an intelligent battery management system (BMS) with active charge redistribution, it is possible to support the “weak” cells, which are limiting the battery capacity, with “strong” ones. It leads to better usage of the available battery capacity and prevents an early breakdown of the battery. Within cooperation between Industry and TTZ-EMO some prototypes of such an innovating system have already been developed and built up.

"Active Balancing" - Funktionsweise

 

 

Alterung und thermischer Einfluss

Weiterhin bemühte sich das TTZ-EMO gemeinsam mit Industrie und Forschungspartnern darum, fehlendes Grundlagenwissen über die Alterung von E-Bike Akkus zu gewinnen. Der Schwerpunkt der aktuellen Batterieforschung liegt bei E-Cars (BEV , HEV,…..), allerdings nimmt die Anzahl der batteriebetriebenen oder batterieunterstützenden Leichtfahrzeuge (u.a. Fahrräder) rasanter zu. Neben der künstlichen Alterung im Labor wurden für 1,5 Jahre knapp 20 E-Bikes an Pendler ausgegeben. Die Daten der Batterieelektronik wurden aufgezeichnet und in einer Datenbank zur weiteren Auswertung gespeichert. Basierend auf diesen Fahrdaten wurde ein Durchschnittspendler errechnet und dessen Fahrprofil für die Alterung im Labor herangezogen. Zusätzlich zur unterschiedlichen Verbrauchsbelastung wurde im Labor die Umgebungstemperatur während der Zyklisierung variiert. Der signifikante Einfluss der Umgebungstemperatur ist in der Grafik zu sehen.

A further goal for TTZ-EMO and his partners was to obtain a basic knowledge about the aging of E-bike batteries. The actual battery research is mainly focused on batteries of E-vehicles (BEV, HEV etc.), although the amount of battery-driven and battery-supported light vehicles (like E-bikes) is growing faster. Besides the artificial ageing of the batteries in the laboratory, 20 E-bikes have been given to commuters for daily use for 1.5 years. During this time the battery data was recorded and saved in a database for further analyses. Based on this data a average-commuter was calculated and his driving profile was used for the artificial aging in laboratory. In addition to the different commuter load profiles, the ambient temperature was also varied. The significant influence of ambient temperature on the battery aging is shown in the figure.

PEDElEc Bild 1


Bisherige wissenschaftliche Veröffentlichungen dieser Arbeitsgruppe (Abstract):

Zum Abstract:
PEDElEc.pdf