FeBaL

Felddatenbasierte Batteriediagnose und Lebensdauerprognose

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.10.2020 bis 30.09.2023
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 880.159,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: 880.159,00 €

 

Teilprojekt 1

Förderkennzeichen: 03XP0308A

Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme
01069 Dresden
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Teilprojekt 2

Prognose des Knickverhaltens im Alterungsverlauf und Definition anwendungsspezifischer Referenzszenarien

Förderkennzeichen: 03XP0308B

Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik - Institut für Energie- und Automatisierungstechnik - Fachgebiet Elektrische Energiespeichertechnik
10587 Berlin
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Fördergeber: BMBF, Referat 523

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
Li-Ionen-Batterien

Förderprofil:
Technologie- und Innovationsförderung

Förderart:
PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Um eine Fahrzeugbatterie als Asset gut zu verwalten, ist sowohl eine möglichst präzise Batteriedimensionierung als auch eine Bewertung des Nutzwertes bei Weiterverkauf oder Überführung in eine post-automobile Anwendung erforderlich. Die Systemauslegung stützt sich in der Regel auf Angaben des Zellherstellers und beschleunigte Alterungsversuche, während für die Bestimmung des Alterungszustandes und damit des Nutzwertes häufig eine Restkapazitätsmessung als sinnvoll erachtet wird. Diese Ansätze haben mit Blick auf die realen Anwendungen, die sich durch vielfältige Kombinationen unterschiedlicher Belastungen auszeichnen, ein Problem gemeinsam: Sie bilden die Bandbreite der Belastungen und deren Wechselwirkung nicht oder nur unzureichend ab. Eine Fahrzeugbatterie wird weder dauerhaft bei konstant 1C und 100 Prozent DOD (Depth of Discharge; Angabe Zellhersteller; Kapazitätsmessung) noch permanent bei sehr hohen oder niedrigen Temperaturen betrieben (beschleunigte Alterungstests).

Aus den Einschränkungen gängiger Alterungsuntersuchungen leitet sich die Zielstellung ab, die folgenden Charakteristika aus den Felddaten zu erlernen:
• das Alterungsverhalten zur Ermittlung der Stressfaktoren und ihrer Wechselwirkungen,
• den Alterungszustand ohne zusätzliche Kapazitätstests während des Betriebes und
• das Nutzungsverhalten zur anwendungsspezifischen Lebensdauerprognose.
Damit kann auch das Lebensende einer Batterie neu definiert werden und zwar als der Zeitpunkt, an dem eine Batterie die Anforderungen ihrer jeweiligen Anwendung nicht mehr erfüllen kann.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Für die Lebensdauerprognose ist die Kenntnis der Wirkung verschiedener Belastungen auf die Batterieparameter notwendig. Dazu wird ein stressfaktorbasiertes Alterungsmodell verwendet. Dieses soll ebenfalls mithilfe der vom BNN (Battery Neural Network) ermittelten Alterungsparameter aus Fahrdaten – und nicht wie bisher auf Basis von Labordaten - parametriert werden.

Durch die Kombination des Netzwerks mit dem stressfaktorbasiertem Alterungsmodell und mittels Durchführung virtueller Experimente ist es möglich, für beliebige Nutzungsszenarien eine Bestimmung der momentanen Restkapazität und eine Prognose der Restlebensdauer vorzunehmen. Dabei spielen neben Innenwiderstand und Kapazität der Batteriezellen noch weitere Faktoren, wie Inhomogenitäten oder Kontaktwiderstände, eine entscheidende – weil nutzungsbeschränkende – Rolle.

Zur Unterstützung bzw. Erweiterung des stressfaktorbasierten Alterungsmodells werden parallel zu dem Kernvorhaben Labormessungen zu dem Abknicken der Alterungstrajektorie durchgeführt. Dazu werden bereits laufende Alterungsmessungen an verschiedenen Zelltypen über die Grenze der 80 Prozent SOH (State of Health, Alterungszustand) fortgesetzt, um das Abknickverhalten analysieren zu können. Das Abknickverhalten tritt häufig erst nach Erreichen von 80 Prozent SOH auf und ist deshalb insbesondere für Second-Life-Anwendungen von hoher Bedeutung. Aus der Analyse heraus soll ein Modellierungsansatz gefunden werden, der die Prognose des Abknickverhaltens ermöglicht und in das BNN integriert werden kann.
Innovationen und Perspektiven


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Die zu entwickelnden Methoden stellen Innovationen im Bereich der Analyse der Batteriealterung dar, indem auf Felddaten referenziert und damit auf umfangreiche Labormessungen verzichtet werden kann. Damit kann das Vorhaben die Innovationspipeline im Rahmen des Dachkonzepts Forschungsbatterie stärken, indem die Bewertung der Alterung an realen Einsatzbedingungen gespiegelt und daraus Optimierungen für die Zellspezifikation bzw. -fertigung abgeleitet werden können. Auch für die Second-Life Anwendungen sind die Ergebnisse von großer Bedeutung, da diese Arbeit realistische Prognosen des weiteren Alterungsverlaufs durch die Untersuchung des Abknickverhaltens ermöglicht.

Quelle: https://www.eet.tu-berlin.de/menue/forschung/projekte/febal/ (jüngster Zugriff: 16.03.2021)


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Forschungsgegenstand

Batteriepack/Batterie

Forschungsbereiche

Second Life Verfahren- und Prüfstandentwicklung für Verwertbarkeit gebrauchter Batterien Modellentwicklung

Second Life Verfahren- und Prüfstandentwicklung für Verwertbarkeit gebrauchter Batterien untersuchte Eigenschaften Lebensdauerprognose

Second Life Verfahren- und Prüfstandentwicklung für Verwertbarkeit gebrauchter Batterien untersuchte Eigenschaften Alterung und Funktion

Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung Alterung

Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Alterung

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Forschungsgegenstand

Batteriepack/Batterie

Forschungsbereiche

Second Life Verfahren- und Prüfstandentwicklung für Verwertbarkeit gebrauchter Batterien Modellentwicklung

Second Life Verfahren- und Prüfstandentwicklung für Verwertbarkeit gebrauchter Batterien untersuchte Eigenschaften Lebensdauerprognose

Second Life Verfahren- und Prüfstandentwicklung für Verwertbarkeit gebrauchter Batterien untersuchte Eigenschaften Alterung und Funktion

Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung Alterung

Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Alterung

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Pressekontakt

kein Pressekontakt

Typ Inhalt Aktion
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