Differenzierte Betrachtung und Bewertung von 12-Volt-Lithium-Ionen-Starterbatterien in PKW-Bordnetzen / David Vergossen.

Format:

Book

Author/Creator:

Vergossen, David, author.

Series:

Energie & Nachhaltigkeit

Energie & Nachhaltigkeit ; Band 23

Language:

German

Subjects (All):

Electric vehicles--Power supply.

Electric vehicles.

Lithium cells.

Physical Description:

1 online resource (349 pages)

Edition:

Second edition.

Place of Publication:

Göttingen, Germany : Cuvillier Verlag, [2023]

Summary:

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.

Contents:

Intro

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.

Notes:

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Description based on print version record.

Other Format:

Print version: Vergossen, David Differenzierte Betrachtung und Bewertung von 12-Volt-Lithium-Ionen-Starterbatterien in PKW-Bordnetzen

ISBN:

9783736968691

3736968698