Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) werden aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften zukünftig die elektrischen Energiequellen in vielen Hybrid- und Elektrofahrzeugen sein. Sie stellen aber auch hohe Ansprüche an das Temperaturmanagement. Dieser Beitrag befassst sich mit der systemischen Einbindung des thermischen Managements der Batterie in das Fahrzeug. Umgebungsluft ist für die Kühlung der Li-Ion-Batterie gerade im Sommer nicht geeignet. Der Temperaturunterschied zwischen Umgebungstemperatur und der zulässigen maximalen Batterietemperatur ist zu gering, um die Wärme der Batterie mit vertretbarem Aufwand abzuführen. Damit verbleibt als einzige im Fahrzeug zur Verfügung stehende und aktiv zu beeinflussende Methode zur Wärmeabfuhr der Kältekreislauf der Kabinen-Klimaanlage. Die Batteriewärme kann über konditionierte Luft, über Kältemittel aus dem Kältekreislauf der Klimaanlage oder einen eigenen Kühlmittelkreislauf abgeführt werden. Welche Methode zum Einsatz kommt hängt vom Einsatzprofil des jeweiligen Fahrzeugtyps ab. Jede Kühlungsmethode hat ihre spezifischen Vor- und Nachteile, alle werden momentan in Serienfahrzeugen eingesetzt und im Beitrag vorgestellt. Bei der Luftkühlung wird die Kühlluft durch große Kanäle zur Batterie geführt. Nachdem die Luft sich beim Durchgang durch die Batterie und entlang der Zellen erwärmt hat, wird sie oft direkt an die Umgebung abgegeben. Die Kältemittelkühlung ist die kompakteste Methode der Batteriekühlung. Ein als Batteriekühlplatte ausgestalteter kompakter Verdampfer befindet sich im Innern der Batterie und steht in wärmeleitenden Kontakt zu den Li-Ion-Zellen. Die bei der Verdampfung des Kältemittels notwendige Wärme wird dabei den Batteriezellen entzogen, wodurch diese sehr effektiv gekühlt werden. Die Kühlmittelkühlung der Batterie ist die flexibelste Methode. Bei der Verwendung eines zusätzlichen Batteriekühlmittelkühlers ist sie gleichzeitig auch sehr energieeffizient. Die Batterie ist dabei auch mit einer Kühlplatte ausgestattet, die aber nun von Kühlmittel (Wasser-Glysantin-Mischung in einem eignen so genannten Sekundärkreislauf) durchflossen wird. Eine sorgfältig ausgelegte Kanalführung stellt dabei eine möglichst gute Temperaturhomogenität über die Platte sicher und kompensiert die Erwärmung des Kühlmittels. Zum Thermomanagement von Batterien gehört neben der Kühlung auch die Heizung, weil eine Li-Ion-Batterie bei tiefen Temperaturen stark an Leistung verliert und beim Laden sogar geschädigt werden kann. Auch hier haben sich noch keine Standards durchgesetzt, je nach Anforderung werden verschiedene Methoden verwendet. Die Möglichkeiten der thermischen Einbindung einer Batterie in das Gesamtfahrzeug machen eine numerische Simulation zur virtuellen Analyse und Auslegung notwendig. Dafür hat Behr das konzernweite Simulationsprogramm BISS um Module zur Batteriesimulation erweitert.


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    Title :

    Systemeinbindung einer Lithium-Ionen-Batterie in Hybrid- und Elektroautos


    Contributors:

    Published in:

    Publication date :

    2010


    Size :

    6 Seiten, 5 Bilder, 2 Quellen



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Print


    Language :

    German





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