Li-Ionen Batterien finden aufgrund ihrer Vorteile gegenüber anderen elektrischen Energiespeichern hinsichtlich der Speicherdichte und Selbstentladerate zunehmend Verwendung in Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Die hierfür nötige Leistungsabgabe und Kapazität werden durch Verschaltung einer Vielzahl von Einzelzellen zu Batteriestacks erreicht.

Die gegenwärtig eingesetzten elektro-chemischen Aufbauten der Zellen weisen eine hohe Temperatursensibilität auf. Neben den stets auftretenden betrieblichen Alterungseffekten tritt außerhalb eines spezifischen Temperaturfensters eine beschleunigte Alterung und dauerhafte Schädigung der Zellen auf. Weiterhin reduziert sich bei niedrigen Temperaturen die Leistungsabgabe, so dass ein Einsatz für Traktionszwecke erschwert wird. Unter Last erwärmen sich die Zellen durch innere Verlustleistungen.

Für die betriebssichere thermische Auslegung der Batteriestacks ist daher ein prädiktives thermisches Modell der Li-Ionen Batterien unabdingbar.

Um das Verhalten innerhalb einer Li-Ionen-Zelle eindeutig beschreiben zu können wird die Entwicklung und Validierung eines detaillierten numerischen 3D-FEM-Modelles zur Charakterisierung des thermischen Verhaltens von Li-Ionen-Batteriezellen und Vorhersage des Zellverhaltens im Anwendungsfall umgesetzt. Desweiteren sollen unterschiedliche Zelltypen und Designs sowie verschiedene Ansätze des thermischen Managements beurteilt werden.

Ein wichtiges Werkzeug ist hierbei das optische Messverfahrens der photothermischen Strahlenablenkung zur kontaktlosen Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit von dünnen Schichten mit Fokus auf Elektrodenmaterialien. Die Messtechnik wird im Rahmen dieses Projektes automatisiert und weiterentwickelt.

Neben der eigentlichen Modellentwicklung werden so auch ein Werkzeug zur thermischen Charakterisierung von Li-Ionen-Batteriezellen sowie eine Validierungsdatenbasis entstehen, die von Batterieentwicklern genutzt werden können.