Schnellladestrategien für Lithium-Ionen-Batterien
Ob Elektroauto oder Smartphone – kurze Ladezeiten und lange Lebensdauern gehören mitunter zu den Hauptanforderungen, die Kunden an die Akkus ihrer Geräte stellen. Das Projekt FastChargeLongLife aus dem BMBF Kompetenzcluster Batterienutzungskonzepte (BattNutzung) nimmt gleich beide Themen in Angriff.
Die Schnellladung von Lithium-Ionen-Batterien ist eine der wesentlichen Herausforderungen von batteriebetriebenen Geräten, darunter Kleinelektrogeräte, aber auch Elektroautos. Die Anforderungen an die Schnellladefähigkeit werden dabei durch die jeweilige Anwendung vorgegeben, sind aber häufig auch durch das Batteriesystem limitiert. Hinzu kommt, dass sich die Eigenschaften des Batteriesystems mit zunehmender Alterung verändern. Insbesondere Schnellladevorgänge können die Alterung von Batteriesystemen beschleunigen. Um alterungsbedingte Sicherheitsrisiken zu vermeiden werden die Betriebsgrenzen von Batteriesystemen daher häufig sehr pessimistisch festgelegt. Dadurch wird allerdings auch das Potential der Batterie nicht vollständig genutzt.
Ziele des Projektes
Das Projekt FastChargeLongLife untersucht alternative Konzepte zur Bestimmung von alterungsabhängigen Betriebsgrenzen für Lithium-Ionen-Batterien. Dabei werden Computersimulationen entwickelt, um die Alterungsprozesse der Batterien abzubilden. Hierzu werden sowohl elektro-thermische als auch physiko-chemische Computermodelle betrachtet. Außerdem werden Batteriesysteme mit unterschiedlichem Alterungszustand mechanisch geöffnet und untersucht. Die hieraus entwickelten Computermodelle erlauben die Vorhersage der sicheren Betriebsgrenzen bzw. die Voraussage von sicherheitskritischen Alterungseffekten in der Batterie. Weiterhin können durch Simulationen Schnellladestrategien entwickelt werden, die speziell auf das Batteriesystem und dessen Alterungszustand angepasst sind. Diese Schnellladestrategien könnten dann während der gesamten Nutzungsphase des Batteriesystems immer wieder an dessen Alterungszustand angepasst werden. Hierdurch sollen kritische Alterungseffekte vermieden und ein sicherer Betrieb des Batteriesystems gewährleistet werden.
Das Projekt FastChargeLongLife wird an drei unterschiedlichen Instituten der TU Braunschweig entwickelt (elenia, InES und iPAT) und ist Teil des BMBF-Kompetenzclusters BattNutzung. Dieser dient dem wissenschaftlichen Austausch unter den beteiligten Projekten und zur besseren Vernetzung der Universitäten und Forschungsinstitute.