BNG - Zellcharakterisierung und Zellalterung

Battery Next Generation – Simulations- und Validierungsmethoden zur beschleunigten Ermittlung der Performanceparameter von Einzelzellen und Zellverbünden für Batteriesysteme in schweren Nutzfahrzeugen.

Das vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie geförderte Verbundprojekt BNG hat zum Ziel, neue Generationen von Batteriesystemen für batterieelektrische Nutzfahrzeuge mit einem Serienstart nach 2030 zu erforschen und zu entwickeln.

In Deutschland wird bis zu 75% des Straßengüterverkehrs mit Nutzfahrzeugen abgewickelt. Fahrdistanzen von batterieelektrischen Nutzfahrzeugen werden im Bereich von etwa 400 km liegen. Künftig sollen aber Nutzfahrzeuge mit batterieelektrischen Antrieben in Kombination mit Schnellladestationen Tagesstrecken von bis zu 800 km abdecken können. Über die gesamte Lebensdauer eines Nutzfahrzeuges hinweg müssen daher sowohl eine Vielzahl solcher Schnell-Ladevorgänge als auch zahlreiche Teil- und Vollzyklen der Batteriesysteme absolviert werden. Dies bedeutet hohe Anforderungen an die kalendarische und zyklische Lebensdauer für die Batteriesysteme. Gleichzeitig werden an diese Systeme sowohl hohe Anforderungen an die Energie- und Leistungsdichten als auch an die Sicherheit gestellt. Heute können bekannte Batteriesysteme diese Anforderungen nur eingeschränkt erfüllen.

Ziel des BNG-Projektes ist es zellspezifische Testverfahren zu entwickeln, die dazu geeignet sind valide Aussagen über das Alterungsverhalten und die Lebensdauer bei realen Anwendungen zu treffen. Tests mit überhöhten Strömen und Übertemperaturen geben schneller Auskunft über die zu erwartende Lebensdauer von Lithium-Ionen-Zellen in realen Anwendungen. Um die Versuchsdauer zu minimieren, sind starke Raffungseffekte, wie sie bei der kombinatorischen Belastung auftreten, erforderlich.

Als Alterungsmechanismen und Schadensbilder treten innerhalb der Batterie neben der Abscheidung von metallischem Lithium (anodenseitig), einer sogenannten SEI-Schicht (Solid Electrolyte Interphase), auch die Korrosion der Stromabnehmer auf. Die Folge sind reduzierte Ladungskapazitäten und eine erhöhte Impedanz der Batteriezellen. Um diese Merkmale während der Testabläufe in den Einzelzellen detektieren zu können, werden im Versuchsaufbau zerstörungsfreie Kapazitätsmessungen sowie die Elektrochemische Impedanz Spektroskopie eingesetzt.

Das Hauptziel der beschleunigten Alterung von Lithium-Ionen-Zellen im Versuch besteht darin die Alterungseffekte innerhalb einer verkürzten Versuchsdauer zu verstärken. Dieses Ziel soll mittels einer modellbasierten Extrapolation der experimentell ermittelten Alterungsergebnisse innerhalb einer kürzeren Testdauer erreicht werden.

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing Frank Opferkuch

Bearbeitung: Timur Issayenko, M. Sc.

Projektpartner: MAN Truck & Bus SE, E-T-A GmbH

Gefördert durch: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie

Zeitraum: 01.01.2023 bis 31.12.2025

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