Batterien sind die Schlüsseltechnologie für die Elektromobilität und diverse Ansätze werden diskutiert, um deren Energie- und Leistungsdichte, Umweltverträglichkeit, Kosten und Sicherheit zu verbessern. Bei fortschrittlichen Lithium-Ionen- und Post-Lithium-Ionen-Batterien werden Funktionsprinzipien wie Konversionsmaterialien eingesetzt, die sich von klassischen Lithium-Ionen-Batterien unterscheiden, was unter anderem zu einer veränderten Spannungscharakteristik führt. Diese wirkt sich wiederum auf die Funktionsweise des elektrischen Antriebsstrangs aus, was von etablierten Bewertungsmethoden mit aggregierten Kenngrößen bisher nicht erfasst wird.
In dieser Arbeit wird daher eine Methode zur funktionalen Bewertung der Spannungscharakteristiken verschiedener Batterietechnologien unter Berücksichtigung der funktionalen Zusammenhänge des elektrischen Antriebsstrangs entwickelt. Dazu werden die unterschiedlichen Typen von Ruhespannungcharakteristiken klassifiziert und Anforderungen durch eine Fahrzeugsimulation hergeleitet. Die erarbeitete funktionale Bewertungsmethode setzt sich aus den Bausteinen verfügbare Energie bei Entladung mit konstanter Leistung, Verfügbarkeit von Leistungspulsen, Umlauf- und Systemwirkungsgrad, sowie Genauigkeit der Ladezustandsbestimmung zusammen. Das Konstantleistungsverfahren ermöglicht es, die elektrischen Eigenheiten von Zellen messtechnisch zu erfassen, sodass auf eine aufwendige Charakterisierung und Modellierung verzichtet werden kann.
Die Methode wird mit der Analyse von NMC- und LiS-Zellen validiert und Unterschiede der Technologien für die Anwendung in einem Fahrzeug werden aufgezeigt. Die funktionale Bewertungsmethode ist eine wertvolle Ergänzung zu bestehenden Bewertungsmethoden und leistet damit einen Beitrag zur engeren Verknüpfung zwischen der Forschung und Entwicklung zu elektrochemischen Speichertechnologien und der Entwicklung von effizienten und leistungsfähigen Elektrofahrzeugen.
Aktualisiert: 2023-01-19
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Ein wichtiger Aspekt bei der Beurteilung und Gegenüberstellung von Fahrzeugantriebskonzepten sind Prognosen zu deren zukünftigen Entwicklung hinsichtlich gesellschaftlicher, ökonomischer und technischer Kriterien. Zukünftige technologische Potenziale von Fahrzeugantriebskonzepten und damit verbundene technologische Begleitaspekte nehmen hierbei eine wichtige Rolle im Rahmen der Antriebskonzipierung der frühen Konzeptphase ein. In dieser Arbeit wird eine in weiten Teilen simulationsbasierte Methodik für die Ermittlung und Analyse entsprechender Potenziale entwickelt. Die Methodik bildet dabei eine Kombination aus Expertenbefragungen und einer Metaanalyse für die Identifikation von Prognosen zu Antriebsstrangkomponenten sowie Verfahren der Modellierung und Simulation für die Ermittlung von Prognosen zu Fahrzeugantriebskonzepten. Die Praxistauglichkeit sowie der Nutzen der Methodik werden anhand von zwei exemplarischen Anwendungen präsentiert. Die erste Anwendung umfasst die Analyse eines beispielhaften PHEVs hinsichtlich der zukünftigen Potenziale im Bereich des Kraftstoffverbrauchs und der rein elektrischen Reichweite. Die zweite Analyse stellt ein exemplarisches BEV und ein FCHEV in Bezug auf die zukünftigen Potenziale hinsichtlich der Reichweite und der Antriebsstrangherstellkosten gegenüber. Darüber hinaus erfolgen in beiden Anwendungen Analysen zu Grenzpotenzialen, technologischen Ursachen, Fehlereinflüssen und weiteren technologischen Fragestellungen.
Aktualisiert: 2022-04-21
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