Elektrifizierte Antriebe

  Urheberrecht: © RWTH Aachen | TME  

Neben der Forschung und Entwicklung von Verbrennungsmotoren hat das Institut seit mehr als zehn Jahren auch seine Kompetenz im Bereich Elektromobilität erweitert. Zu den Aktivitäten gehören die Entwicklung von Batteriemanagementsystemen (BMS), Simulationsmodellen und Diagnosealgorithmen sowie die Batteriezellencharakterisierung und die Batterielebensdauerprüfung.

 

Experimentelle Untersuchung
Für den Simulations- und Validierungsprozess zur Erforschung neuartiger Batterietechnologien sind unterschiedliche Messungen erforderlich. Die Charakterisierungen des elektrischen Verhaltens, des thermischen Verhaltens und des Alterungsverhaltens kann am TME selber durchgeführt werden. Ebenso wurde im Zusammenwirken mit dem CMP ein Batterieprüfstand aufgebaut, der für eine Vielzahl von thermischen Tests zur Verfügung steht. Hier ist es möglich, unter kontrollierten thermischen Bedingungen Batterien in einem Spannungsbereich von 0 bis 800 V und einer Spitzenleistung von bis zu 300 kW zu vermessen.

  Urheberrecht: © RWTH Aachen | TME

Batteriekonzeptentwicklung

Um in der frühen Projektphase einer Batterieentwicklung notwendige Konzeptdesignentscheidungen möglichst fundiert treffen zu können, erfolgt eine systematische Performancemodellierung. Die Methodik umfasst eine vereinfachte elektrisch-thermische Modellierung der Batteriezellen der in Betracht gezogenen Konzepte. Somit können eine hinreichende Dimensionierung der Batterielayouts für die Performanceziele sowie die Einhaltung der Betriebsgrenzen bei Anwendung des durch den Anforderungssatz definierten Lastprofils verifiziert werden oder das Design entsprechend angepasst werden. Das Risiko späterer Designänderungen wird reduziert, indem kritische Aspekte bereits früh identifiziert werden können. Die Datengrundlage der Modellparametrierung stellen Charakterisierungstests der Batteriezellen dar, die am TME sowohl mittels DC-Zelltestern als auch elektrochemischer Impedanzspektroskopie durchgeführt werden können.

Dieses Vorgehen führt zu ausgereifteren Grundkonzepten, die an die nachfolgenden Entwicklungsschritte Design, Simulation, Testing etc. weitergeleitet werden.

 

Zellmodellierung
Forschungen auf dem Gebiet der Modellierung werden auf verschiedenen Arten am TME durchgeführt. Hierbei wird nicht nur die empirische und elektrische Ebene betrachet, sondern auch die sehr detaillierte elektrochemische Ebene. So wurde z.B. im Rahmen des NanoLiBa-Projektes, das von der DFG unterstützt wurde, die Methodik zur Analyse der sehr detaillierten und komplizierten Elektrodengeometrie entwickelt.

  Urheberrecht: © RWTH Aachen | TME

 

Thermisches Management
Das thermische Management ist entscheidend für die Anwendung des Batteriesystems in der Elektromobilität. Innerhalb eines von BMWi unterstützten Projektes wurde bei der Analyse des thermischen Managements unter realistischen EV-Betriebsbedingungen eine Kombination aus einem äquivalenten Stromkreis-Batteriemodell und einem 3D-Finite-Elemente-Thermomodell verwendet. Für die Modellkalibrierung wurden Temperatur- und elektrische Potentialmessungen durchgeführt, die auf Zellen- und Modulebene durchgeführt wurden.

  Urheberrecht: © FEV Europe GmbH

 

Batterie-Management-System
Für eine sichere und effiziente Nutzung des Batteriesystems in elektrifizierten Fahrzeugen ist ein Batteriemanagementsystem (BMS) erforderlich. Im Rahmen des Projekts "Europahybrid" hat das TME in Zusammenarbeit mit der FEV Europe GmbH einen prädiktiven Batteriemanagement-Algorithmus in EV- und HEV-Anwendungen entwickelt. Dieser Algorithmus erlaubt die Vorhersage des elektrischen und thermischen Zustands der Batterie auf der Grundlage des Zellenwiderstandes und der Spannungsgradienten.