Battery Systems and Integration
Die Integration des Hochvoltspeichers in das Gesamtfahrzeug wird von allen Megatrends der Branche beeinflusst – wir beleuchten drei aktuelle Forschungs-Schwerpunkte des komplexen Batteriesystems.
Safety
Die Sicherheit der Fahrzeuginsassen steht stets an erster Stelle. Aufgrund dessen erfordern aktuelle Regularien die Vermeidung bzw. Verzögerung der Ausbreitung des thermischen Durchgehens einer Einzelzelle in der Gesamtbatterie (engl. thermal propagation - TP). Zusammen mit Projektpartnern forschen wir an der Mitigation dieser Szenarien - ohne bei der Energiedichte und damit bei der Kundenakzeptanz Rückschritte machen zu müssen. Hierzu entwickeln wir einen Containerprüfstand für Abuse-Tests an Lithium-Ionen-Batterien, welcher uns das Testen auch unter Extrembedingungen erlaubt und Forschung hinsichtlich einer sicheren Batterie und sinnvollen TP-Maßnahmen ermöglicht.
Fast Charge
Im Rahmen laufender und zukünftiger Projekte forscht die TUM zusammen mit Industriepartnern an neuartigen Schnellladekonzepten.
Mittels einer holistischen Systembetrachtung werden vom Gesamtfahrzeug kommend Vorkonditionierungs- und Betriebsstrategien entwickelt und ein ideal darauf abgestimmtes Batteriepack konzipiert. Auf Modulebene wird ein besonderer Fokus auf die elektrische und thermische Konfiguration gelegt, um eine gleichmäßige Belastung der Einzelzellen sicherzustellen und so den besten Kompromiss zwischen Ladezeit und Zellalterung zu erreichen. Zur Validierung werden prototypische Batteriemodule aufgebaut, die durch modellbasierte Optimierungsverfahren mittels eines digitalen Zwillings innerhalb von 15 Minuten geladen werden können. Durch batterieschonendes Schnellladen kann eines der zentralen Hindernisse der Elektromobilität bewältigt und ein Ladestopp vergleichbar mit der Dauer eines Tankstellenaufenthalts erreicht werden.
Lifetime
Elektrofahrzeuge sind einem unweigerlichen Alterungsprozess ausgesetzt, der maßgeblich durch das Nutzerverhalten beeinflusst ist. Dieser hochkomplexe Prozess hängt von vielen Faktoren ab und äußert sich in einem hochgradig batteriespezifischen Degradationsverhalten. Neben beschleunigten, synthetischen Tests für eine frühzeitige Prognose werden anwendungsnahe Szenarien auf Zell-, Modul- und Fahrzeugebene untersucht, um das reale Alterungsverhalten zuverlässig bewerten zu können.
Zudem ermöglichen KI-basierte Methoden die Prädiktion des Alterungsverhaltens bereits nach kurzer Testzeit und damit die Reduktion des Messaufwandes. Darüber hinaus erhöhen sie die Genauigkeit der Alterungsbestimmung in der Realanwendung. Langfristig wächst der Bedarf nach Methoden zur effektiven Lebensdauerprädiktion aufgrund des steigenden Elektrofahrzeugabsatzes, der zunehmenden Vielfalt neuer Zelltechnologien sowie der stetig prolongierten Lebensdauer.