Thermografische Methoden zur zerstörungsfreien Messung der anisotropen Wärmeleitfähigkeit von Lithium-Ionen-Zellen

Arzberger, Arno; Sauer, Dirk Uwe (Thesis advisor); Kneer, Reinhold (Thesis advisor)

Aachen : ISEA (2020, 2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 143
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (iv, 131 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Insbesondere die steigenden Anforderungen an die Schnellladefähigkeit erfordern ein wirksames thermisches Management von Traktionsbatterien. Es basiert auf der exakten Kenntnis der thermophysikalischen Eigenschaften der eingesetzten Batteriezellen. Auf Grundlage der etablierten Flash-Methode wird ein neuartiger Ansatz zur zerstörungsfreien Messung der anisotropen Wärmeleitfähigkeit von Lithium-Ionen Zellen vorgestellt. Es erfolgt der Nachweis, dass der Elektrodenverbund in der Messung als homogener Körper mit anisotropen Eigenschaften aufgefasst werden kann. Der Hauptabschnitt der Arbeit beschreibt die experimentellen Aufbauten zur Vermessung von Pouch-Zellen, Rundzellen und prismatischen Zellen. Aus der Literatur bekannte Modelle zur Messauswertung werden auf deren Robustheit geprüft und weiterentwickelt. Wegen ihrer geometrischen Ähnlichkeit zur typischen Probengeometrie für die Messung in Laborapparaturen erfolgt der Transfer der Flash-Methode zunächst auf Pouch-Zellen. Durch Einführung der induktiven thermischen Anregung können die erarbeiteten Prinzipien schließlich auf Rundzellen und prismatische Zellen übertragen werden. Die allen Messaufbauten zugrundeliegende Flash-Methode erfordert die kontaktlose und ohne Zeitverzug arbeitende, strahlungsbasierte Temperaturerfassung. Aufgrund ihrer besonderen Herausforderungen ist der Temperaturmessung mit der Wärmebildkamera ein eigenes Kapitel gewidmet. Die vorgestellten Methoden wurden in erster Linie für die Vermessung von Lithium-Ionen Zellen entwickelt. Sie können jedoch ohne weiteres auf die Vermessung anderer Körper angewendet werden, wenn die notwendigen Anforderungen erfüllt sind.

Einrichtungen

• Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe [614500]
• Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik [618310]