Tests an Batterien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

 

Zusammenfassung

Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft verfügt über jahrelange Erfahrung in dem Tätigkeitsfeld "Mobilität und alternative Antriebssysteme". Die bisherigen Tätigkeiten erstrecken sich über messtechnische Analysen von Elektrostraßenfahrzeugen, Parameter- und Life-Cycle-Tests an einer Vielzahl von Batteriesystemen bis hin zur Simulation und Entwicklung von Algorithmen zur Ladezustandsbestimmung. Im Jahr 2003 wurde der Prüfstand für den Test von portablen Brennstoffzellen-Systemen erweitert.

Allgemeiner Kontext und Zielsetzung

Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft verfügt über drei computergesteuerte Batterieprüfstände der Firma Digatron an denen Tests mit bis zu 380 V= und 850 A= durchgeführt werden können. Die Prüfstände werden einer jährlichen Wartung und Kalibrierung durch den Hersteller unterzogen, wodurch sich ein hoher Qualitätsstandard garantieren lässt. Die Batterietests können bei definierten Umgebungstemperaturen in einem Bereich von –20 °C bis +60 °C durchgeführt werden.

Schema des Batterieprüfstands der FfE

Für die Anbindung der Prüflinge an die Batterieprüfstände stehen von der direkten Hardwareverbindung bis zur CAN-Bus Verbindung mehrere Varianten zur Verfügung. Dies ermöglicht Tests mit genau definierten Rahmenbedingungen wie Entladegrad, Umgebungstemperatur, Batterietemperatur, Zellspannung, Strom, Batteriespannung etc. Die Daten-Auswertung mittels PC ermöglicht eine genaue Rekonstruktion der Tests und bietet eine reale Grundlage für Simulationen, Vergleiche von Batteriesystemen und die Entwicklung von Batteriemanagement-Systemen.

Neben den Prüfstandsmessungen werden an der FfE weiter

  • Simulationen und Modellierungen von Batterie- und BZ-Systemen,
  • Algorithmenentwicklungen (z.B. zur Ladezustandsbestimmung) und
  • Studien (Markanalysen und -übersichten, Bewertung neuer Trends etc.)

durchgeführt.

Ergebnisse

Die im Diagramm dargestellten Kennlinien zeigen eine Auswahl von getesteten Batterien. Es handelt sich um verschiedene Nickel-Metallhydridsysteme (Ni/MH) die entweder für den Einsatz in Hybridfahrzeugen optimiert sind (hohe Leistung) oder für den Einsatz in einem reinen Elektrofahrzeug (hoher Energieinhalt). Weiterhin ist eine Hochtemperaturbatterie des Typs ZEBRA (NaNiCl2) dargestellt. Vergleichend dazu sind die Kennlinien von Lithium-Ionen- und eines Ultra-Capacitor-Systems (UltraCap) aufgetragen.

Vergleich verschiedener Batteriesysteme (RAGONE-Diagramm)

Heute werden bei Lithium-Batterien im Allgemeinen die höchsten Leistungs- und Energiedichten erreicht. Die Umsetzung in die praktische Anwendung sowie die Langzeitstabilität bereitet derzeit noch Probleme (vor allem Ladungen bei Temperaturen unter 0 °C). Für Hybridanwendungen werden heute deshalb auch Ni/MH-Systeme eingesetzt. UltraCaps weisen konkurrenzlos hohe spezifische Leistungen auf, bei allerdings geringen Energiedichten. Solche Systeme werden deshalb vor allem bei Hybridanwendungen zur Deckung von Spitzenbelastungen eingesetzt (Beschleunigung, Motorstart, etc.). Die Umsetzung befindet sich bereits in einem weit fortgeschrittenen Entwicklungsstadium.

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