Simulationsumgebung für elektrothermische Auslegung von Lithium-Ionen-Batterien

In einem internationalen Projekt des Automotive Simulation Center Stuttgart e.V. (asc) arbeiten die Autobauer Adam Opel, Daimler, und Porsche sowie die Software-Firmen CD-adapco und Battery Design zusammen. Sie wollen die Entwicklung und Validierung eines thermischen Simulationsmodells einer Li-Ionen-Batterie von Hybrid- und Elektrofahrzeugen voranbringen. Das neue Simulationsmodell umfasst die Kopplung zwischen einem thermofluidmechanischen 3D-Modell des kompletten Lithium-Ionen-Batteriemoduls inklusive Kühlsystem mit einem elektrothermischen Ersatzschaltmodell. Letzteres beschreibt das lokale Strom-Spannungsverhalten sowie die lokale Verlustwärmefreisetzung der einzelnen im Modul verbauten Akkumulatoren (Batteriezellen). Das Gesamtmodell kann sowohl für die Untersuchung des Wärme- und Energiemanagements als auch zur Designoptimierung des Batteriekühlsystems eingesetzt werden. Die Kenntnis der Temperatur- und Ladeverteilungen innerhalb des Batteriemoduls von Zelle zu Zelle ist entscheidend, weil auftretende Inhomogenitäten die Lebensdauer der Batterien maßgeblich beeinflussen. Das Einsatzgebiet der entwickelten Simulationsumgebung ist die frühe Phase des virtuellen Fahrzeugentwicklungsprozesses, um die engen elektrothermischen Batteriemodulanforderungen in Abstimmung mit der Fahrzeugentwicklung sicherzustellen. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung optimierter Designkonzepte elektrifizierter Fahrzeuge, die den steigenden Ansprüchen an eine energetische Verbrauchsoptimierung, Reichweite und Lebensdauer gerecht werden.