Im Rahmen der Lehrveranstaltung lernen die Studis die Grundlagen von Batterien für Mobilitätsanwendungen kennen. Zum Anfang wird ein historischer Abriss zur Batterieentwicklung von den 90ern bis heute gegeben. Daran ist dann erkennbar, wie immer wieder neue Batteriesysteme verheißungsvoll starteten und dann doch wieder in der Versenkung verschwanden, zu Spezialfällen wurden oder es nach 30 Jahren doch ins Fahrzeug schafften. Über die grundlegende Kenntnis unterschiedlicher Batteriesysteme und ihrer Eigenschaften kann erkannt werden, dass es die optimale Batterie nicht gibt und die eingesetzte Batterie immer einen Kompromiss aus Leistungsfähigkeit, Kosten und Sicherheit darstellt.

Im weiteren Verlauf der LV werden dann die charakteristischen Größen von Zellen besprochen, z.B.

  • Kapazität
  • Lade- und Entladekenngrößen
  • Ladezustand
  • SOH
  • Zyklenfestigkeit
  • Temperaturabhängigkeit

Daran anschließend wird dann an LiFePO4 und Lithium-Ionen Zellen das Lade- und das Entladeverhalten untersucht. Zur Aufnahme der Kennlinien werden von den Studis im Rahmen der Laborübung eigene kleine Teststände realisiert, z.B.

  • wird mit Fusion360 eine Halterung zur Zellaufnahme konstruiert und 3D-gedruckt
  • ein programmierbares Labornetzteil extern über Python angesteuert um Ladevorgänge zu steuern und Messdaten zu protokollieren
  • eine programmierbare Senke extern über Python angesteuert um Entladevorgänge zu steuern und Messdaten zu protokollieren
  • eine unabhängige Microcontroller-Elektronik implementiert zur Überwachung des Betriebes

Die Auswertung der Messdaten von Konstantstromentladungen kleiner schafft ein grundlegendes Verständnis der Batteriezellen. Im Anschluss an diese Messungen werden andere Zellen untersucht, wobei anhand der Datenblätter das voraussichtliche Verhalten prognostiziert und dann messtechnisch überprüft wird. Zum Einsatz kommen dann LiFePO4 Zellen höherer Kapazitäten (40 Ah, 100 Ah, 280 Ah). Ziel ist es zu diesem Zeitpunkt anhand der durchgeführten Messungen bereits eine Idee zur Bestimmung des Ladezustandes zu entwickeln.

Anhand der Umprogrammierung der Quelle/Senke-Kombination werden anschließend Pulsentladungen an bekannten Zellen durchgeführt. Anhand der Variation verschiedener Parameter werden weitere Erkenntnisse zum Batterieverhalten gewonnen und parallel die Programmierkenntnisse vertieft.

Abschließend werden reale Fahrzyklen auf einzelne Zellen heruntergebrochen und ebenfalls im Laborbetrieb nachgefahren. Überlegungen zu Algorithmen der Ladezustandsbestimmung auf der Basis von Erfahrungswissen werden diskutiert.