Die Leistung, Lebensdauer und Sicherheit von Batterien hängen stark von der Temperatur ab. Angesichts der hohen Nachfrage nach Leistung ist das Wärmemanagement immer wichtiger geworden.
von TWAICE
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Forschungspapiere
Messansätze für die thermische Impedanzspektroskopie von Li-Ionen-Batterien
Zwei neue Messmethoden zur Erfassung des thermischen Verhaltens von Li-Ionen-Zellen im Frequenzbereich
Die Autoren: Cedric Kirst, Juan Ramos Zayas, Jan Singer
Höhepunkte
- Zwei neue Messverfahren für die thermische Impedanzspektroskopie von Li-Ionen-Zellen
- Reduktion der thermischen Messzeit um 62% gegenüber dem Stand der Technik
- Thermische Modelle zeigen einen MAE unter 0,3 K bei einer Validierungsmessung im Zeitbereich
In dieser Arbeit werden zwei neuartige Messmethoden zur Erfassung des thermischen Verhaltens von Li-Ionen-Zellen im Frequenzbereich vorgestellt. Zur Validierung vergleichen wir sie mit dem Stand der Technik, bei dem die Batterie durch eine Reihe von diskreten Frequenzen thermisch angeregt wird, die jeweils einzeln und nacheinander getestet werden.
Alle Experimente werden mit einer zylindrischen 18650 LFP-Graphit-Zelle durchgeführt und führen zu ähnlichen thermischen Impedanzspektren. Wir validieren ein thermisches 0-D-Modell, das an die jeweiligen Messergebnisse mit einer thermischen Sprungantwort im Zeitbereich angepasst wird. Die Ergebnisse zeigen, dass alle drei Modelle das thermische Verhalten einer Li-Ionen-Zelle mit einem mittleren absoluten Fehler von weniger als 0,3 K im Validierungstest genau darstellen. Ein Spinnennetzdiagramm klassifiziert und vergleicht die gegebenen Methoden auf der Basis von fünf Werten und zeigt, dass die thermische Messzeit nach dem Stand der Technik um 62% reduziert werden kann, während gleichzeitig die Auflösung der Impedanzmessung durch gleichzeitige Messung mehrerer Frequenzen erhöht wird.
Zugriff auf das Papier hier.
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Über die Autoren
Cedric Kirst
Cedric Kirst ist Batterieingenieur bei der TWAICE Technologies GmbH, wo er seit August 2018 arbeitet. Außerdem ist er seit März 2023 als Associate Researcher am TUM-Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik tätig.
Cedrics beruflicher Werdegang umfasst eine bedeutende Zeit als Student Assistant an der Bundeswehr Universität München von Januar 2017 bis Oktober 2019. Wertvolle Branchenerfahrung sammelte er auch während seines Praktikums bei IBM Research Dublin, wo er an dem von der Europäischen Union finanzierten Projekt EnableS3 teilnahm.
Cedric hat einen Master of Science in Mechatronik, Robotik und Automatisierungstechnik von der Technischen Universität München, den er 2020 abschloss. Außerdem erwarb er 2018 einen Bachelor of Science in Ingenieurwissenschaften an der gleichen Hochschule.
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Prof. Jan Singer
Dr. Jan Singer ist Engineering Manager bei TWAICE, wo er sich hauptsächlich mit Labormessungen und Batteriemodellen beschäftigt. Bevor er 2019 zu TWAICE kam, war er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichersysteme, Institut für Photovoltaik, Universität Stuttgart, Deutschland. Während seines Promotionsstudiums unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Kai Peter Birke konzentrierte er sich auf den Nachweis von elektrochemischen Effekten, die durch Volumendehnungen induziert werden, und die Entwicklung neuer zerstörungsfreier Charakterisierungsmethoden für Lithium-Ionen-Zellen. Seine berufliche Laufbahn begann er 2006 als Mechatroniker bei Harman/Becker Automotive Systems. Im Jahr 2012 schloss er sein Bachelorstudium an der Hochschule Ulm ab. 2015 machte er an der Universität Stuttgart seinen Master of Science.
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