Entwicklung eines Batteriemodells zur Beschreibung der thermischen Eigenschaften einer Nickel-Metallhydrid-Batterie

Wiederaufladbare Batterien wie NiCd, Blei/Säure, Li-Ionen oder NiMH entwickeln währendes Lade- und Entladeprozesses Wärme. Wird diese nicht abgeführt, kann es zur negativen Beeinflussung der Batterie eigenschaften und zur Beschädigung von Elektroden und Separatoren führen. Insbesondere während der Voll- und in der Überladung kann es auf Grund der Sauerstoffentstehung in NiMH-Batterien zur Entwicklung von unzulässig hohen Temperaturen kommen.

Im Rahmen dieses Projektes sollte ein Batteriemodell entwickelt werden, welches die Wärmeentwicklung in einem Batteriemodul in Abhängigkeit von der Modulhöhe vorhersagt.Damit soll ermöglicht werden, konstruktive oder anwendungsspezifische Maßnahmen, wie z.B. die Lüftersteuerung, die Strömungsführung durch den Batterieblock oder die Lage von Temperatursensoren an thermisch kritischen Stellen zu optimieren. Bestehende Modelle sind oft nicht allgemeingültig und gelten nur für bestimmte Geometrien oder Randbedingungen.

Dieses Problem ist gelöst wurden durch die Modellentwicklung mit Matlab/Simulink auf Grundlage der elektrochemischen und thermischen Eigenschaften der NiMH-Batterie. Mit Hilfe eines Ersatzschaltbildes wird eine vertikale Stromverteilung berechnet und in Abhängigkeit von der Strömungs- und Temperaturgrenzschicht die Temperatur im oberen,mittleren und unteren Bereich des Moduls bestimmt. Diese Aufteilung des Moduls ist durchgeführt wurden, da es auf Grund der Strömungsführung von unten nach oben durch denBatterieblock zur Ausbildung einer Strömungs- und Temperaturgrenzschicht kommt unddaher die Wärmeübertragung im unteren Bereich des Moduls größer ist.

Auf Grund der in einer Datei abgelegten Batteriedaten und der graphischen Oberfläche des Modells sind Parametervariationen (z.B. Strom, Geometrie, Volumenstrom) einfach zu gestalten. Die Einbindung in bestehende Modelle ist möglich und erstrebenswert.

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