Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Modellierung von relevanten Degradationsmechanismen in konventionellen Zellsystemen mit Graphit/NMC Elektroden und LiPF6-haltigem Elektrolyten. Potentiale vor allem bezüglich der Parametrierung physikalisch-chemischer Modelle sowie digitaler Simulationsstudien zur Optimierung der Lebensdauer werden aufgezeigt und effizient genutzt. Es werden überwiegend modellbasierte und nicht-invasive Analysemethoden entwickelt und angewandt. The focus of this work is on the modelling of the degradation behaviour of conventional lithium-ion cells with graphite/NMC electrodes in conjunction with electrolytes based on LiPF6 in organic solvents. The potential for improvements of parameterization methods dealing with physical-chemical aging effects and simulation studies for optimization of the battery lifetime is shown. In the process of model parameterization mostly data-based as well as non-invasive analysis methods are used.
Aktualisiert: 2022-03-03
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Diese Arbeit präsentiert einen analytischen und numerischen Modellansatz zur Vorhersage der effektiven Wärmeleitfähigkeit poröser Elektrodenbeschichtungen als Funktion von Mikrostrukturparametern. Beide Modelle berücksichtigen die morphologischen Parameter und die thermischen Bulkeigenschaften der fundamentalen Batteriezellkomponenten. Die Ergebnisse beider Modelle wurden erfolgreich gegeneinander verifiziert und durch Literaturdaten sowie eigene experimentelle Messungen validiert. This contribution presents an analytical and a numerical model for predicting the effective thermal conductivity of porous electrode coatings as a function of microstructure parameters. Both models account for the morphological parameters and the thermal bulk materials of the constitutive cell components. The results of both models have been successfully verified against each other and validated with literature data as well as own experimental measurements.
Aktualisiert: 2021-11-25
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Die vorliegende Arbeit präsentiert Messmethoden zur Untersuchung der Auswirkungen von externem Zelldruck auf Lithiumeisenphosphat/Graphit Pouchzellen. Eingespannte Pouchzellen zeigen bis zu einem Druckoptimum eine maximale zyklische Lebensdauer, welche mit zunehmendem Zelldruck wieder abnimmt. Ziel der Arbeit ist es, geeignete Messmethoden sowie den optimalen Zelldruck zu finden. Die Untersuchung der Ursachen erfolgt zunächst durch eine Analyse von Spannungs- und Zelldruckkurven sowie den elektrischen Kenngrößen der Zelle. Anschließend werden systematisch die Kinetik der Gefügeumwandlung mittels der JMAK-Gleichung sowie die Grenzflächen untersucht. Eine abschließende Betrachtung der Diffusionskoeffizienten schließt diesen Teil der Arbeit ab. Dem folgen die Ergebnisse der zyklischen Alterungsmessung, welche sowohl die Kapazitäts- als auch Zelldruckkurven untersucht. Bei einem Zelldruck von pZelle = 0,1 MPa zeigen die Pouchzellen die geringste Alterungsrate, was durch ein Minimum der Aktivierungsenergie der Gesamtkinetik sowie dem geringsten Diffusionskoeffizienten bestätigt wird.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Diese Arbeit präsentiert ein selbsttragendes Batteriemodul, das die Zellen als mechanisches Bauteil nutzt und so den die Energiedichte auf Systemebene steigert. Zusätzlich schaffen multifunktionale Zellverbinder, die die elektrische und thermische Schnittstelle darstellen, Doppelfunktionen, die den Reparatur- und Recyclingprozess vereinfachen. Eine integrierte Zellüberwachungseinheit mit optischer Kommunikation misst die Zellspannung und die Temperatur und sorgt mit einem passiven Balancing für eine Ladungsangleichung der Module. Die elektrische Verbindung zu den Zellpolen findet über Druckkontakte statt, deren Kontaktwiderstand im selben Bereich oder sogar unterhalb derer von geschweißten Verbindungen liegt. Der druckkontaktierte Zellverbinder ermöglicht zugleich die thermische Kontaktierung der Zellpole im Batteriemodul und realisiert somit eine Axialkühlung, die im Vergleich zu einer Mantel- bzw. Radialkühlung, die internen Temperaturgradienten um bis zu einem Faktor zwei reduziert. Zyklentests von Zellen mit Mantel- und Polkühlung zeigen jedoch, dass die Kühlmethode trotz unterschiedlichen internen Temperaturgradienten keinen signifikanten Einfluss auf die Zellalterung hat. Einen entscheidenden Einfluss zeigt jedoch die Kühlleistung.
Aktualisiert: 2023-01-01
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