Während heutige in Serie gefertigte Hybridfahrzeuge noch Nickel-Metallhydrid- Batterien einsetzen, erfordern stetig steigende Anforderungen den Technologiewechsel hin zur Lithium-Ionen-Batterie. Der erste seriengefertigte Hybrid-Pkw in Europa mit diesem neuesten Energiespeicher ist der S 400 Hybrid von Mercedes- Benz. Die Elektrochemie der Li-Ionen-Batterie ist deutlich empfindlicher gegenüber höheren Temperaturen, sodass die Li-Ionen-Batterie unter allen Betriebszuständen in einem thermisch unkritischen Zustand zu halten ist. Hierfür ist ein leistungsfähiges Thermomanagement erforderlich. Ein effektives Kühlkonzept auf Zellebene ist die notwendige Basis. Wie dieses gestaltet werden muss, hängt vom Typ der Zelle, ihren äußeren Abmaßen, ihrem inneren Aufbau sowie der Höhe des abzuführenden Wärmestromes ab. Derzeit am Markt befinden sich folgende Zelltypen: Rundzelle, prismatische Zelle, Pouch-Zelle. Kühlungsarten, die die Zelle thermisch kontaktieren und die Wärme über Wärmeleitung abführen sind in Punkto Bauraumbedarf und Kühlungseffektivität der Luftkühlung deutlich überlegen. Eine besonders effiziente Art der Kühlung stellt die Ableiterkühlung dar. Hierbei wird direkt über die Elektroden das Zellinnere gekühlt. Besonders Pouch-Zellen sind für diese Art der Kühlung geeignet. Für die thermische Auslegung der Batteriekühlung sind daher die üblichen numerischen Auslegungswerkzeuge nicht ausreichend. Sowohl auf Komponentenebene als auch auf Systemebene sind experimentelle Untersuchungen unerlässlich. Auf Komponentenebene kommen bei Behr Zelldummies zum Einsatz, mit denen realitätsnahe thermische Untersuchungen durchgeführt werden können, ohne dass reale Zellen benutzt werden müssen. Mit dem Klima-Batterie-Systemprüfstand verfügt Behr über eine Versuchseinrichtung, die es ermöglicht, eine reale Batterie unter realen Betriebsbedingungen zu betreiben. Die Li-Ionen-Batterie des Mercedes-Benz S 400 Hybrid beinhaltet 35 Rundzellen, die dicht gepackt angeordnet sind, um den vorgegebenen Bauraum einer gewöhnlichen Blei-Batterie nicht zu überschreiten. Der Kühlapparat ist nicht nur für die Kühlung der Zellen zuständig, sondern dient zudem als Behälter für die Zellen. Als Batterieverdampfer ist der Kühler direkt in den Kältekreislauf des Fahrzeugs eingebunden. In der Verdampferplatte sind Kanäle vorhanden, in denen das Kältemittel verdampft und somit die Abwärme aus den Zellen aufnimmt. Die Kanäle sind so verteilt, dass sich über die gesamte Verdampferplatte eine sehr homogene Temperaturverteilung ergibt. Diese Homogenität sowie die gleichmäßige Wärmeleitung in den Kühlelementen und in der Behälterwand sorgen in ihrem abgestimmten Zusammenspiel dafür, dass der gesamte Zellbereich die erforderliche gleichmäßige Kühlung erfährt.
Thermomanagement von Lithium-Ionen-Batterien
Automobiltechnische Zeitschrift - ATZ ; 111 , 7/8 ; 500-504
2009
5 Seiten, 5 Bilder, 3 Quellen
Article (Journal)
German
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