Schnellladefähige prismatische Lithium-Ionen Batteriezellen durch reduzierte Verluste und verbesserte Kühlung

Die Zielsetzung des Forschungsvorhabens ‘SchnelleZelle’ ist die Verbesserung der Schnellladefähigkeit von prismatischen Lithium-Ionen-Zellen in einem gesamtsystematischen Ansatz. Die Ladegeschwindigkeit soll um 16 % im relevanten SOC-Bereich von 10 – 80 % erhöht werden. Da die entstehende Wärmemenge in Li-Ionen-Zellen während des Betriebs proportional zum Quadrat des Stroms ist, führt eine Verdoppelung des Stroms zu einer viermal höheren thermischen Belastung. Schnellladungen mit Gleichstrom von bis zu 350kW oder mehr, reduzieren zwar die Ladezeit drastisch, führen jedoch zu einer erheblichen Wärmeentwicklung in der Batterie. Aktuelle Batteriekühlungskonzepte kommen in diesen Lastfällen an ihre Grenzen, so dass die Ladeleistung reduziert werden muss (thermisches Derating). Durch die freiwerdende Wärmemenge bei der Schnellladung entstehen transiente thermische Vorgänge. Diese werden maßgeblich von lokalen Wärmequellen beeinflusst, zu welchen neben den elektrischen und elektrochemischen Vorgängen im Zellinneren auch alle stromführenden Bauteile und Verbindungen zählen. Sie führen im zeitlichen Verlauf eines Schnellladevorgangs zu signifikanten Temperaturunterschieden in den Zellen, Batteriemodulen und Batteriepacks. Mit physischen Sensoren sind jedoch nur ausgewählte lokale Oberflächentemperaturen erfassbar.

MAHLE verfolgt im Rahmen des Förderprojekts zwei ineinandergreifende Ansätze:

Erstens, die Entwicklung einer innovativen Immersionskühlung für prismatische Zellen mit dielektrischem Kühlmedium als konsequente Fortführung und Verbesserung der Kühlleistung in Batteriesystemen. Sie ermöglicht eine spezifische Kühlung jeder einzelnen Li-Ionen Zelle sowie eine maximale Nutzung aller Kontaktflächen inklusive der Kühlung von elektrischen Kontakten.

Zweitens, die Entwicklung eines Regelalgorithmus als virtuellen Temperatursensor, welcher auf Basis der im Batteriemodul verbauten Sensoren und deren Messwerte die Überwachung der kritischen Temperaturen übernimmt.

Quelle: https://www.enargus.de/detail/?id=84294064 (jüngster Zugriff: 07.04.2025)