Dr. Frieder Herb hat 2010 an der Universität Ulm seine Arbeit über die Alterung von Batterien und Brennstoffzellen abgeschlossen. Seine Ergebnisse erlauben im Umkehrschluss die Vorhersage der Lebensdauer von Pedelec und E-Bike Batterien.
 

 
Mehrere Jahre Forschungsarbeit hat das ExtraEnergy Mitglied Herb in seine systematische Analyse der Alterung von Batterien und Brennstoffzellen gesteckt. Dafür wurden Alterungsmechanismen und Alterungsfehler untersucht.

Durch die Möglichkeit der Alterungssimulation können sogenannte Rafftests benutzt werden, schnell die Parameter für die Simulation zu bestimmen und reale Anwendungsfälle über mehrere Jahre in aller Kürze zu simulieren.

Die Untersuchung
Aus den Untersuchungen wurden Alterungsmodelle für Lithium-Ionen-Batterien und Polymerelektrolytmembran (PEM)-Brennstoffzellen erstellt und validiert. Ein Alterungsfehler kann bspw. die Veränderung der Elektrodenoberfläche sein. Durch hohe Temperatur verändert sich das Material schneller und verschließt Poren. Dies führt dann zu Widerstandserhöhung.

Beide Modelle wurden in eine Fahrzeugsimulation integriert und die Auswirkungen der Größenveränderung von Batterie und Brennstoffzelle auf die jeweilige und gegenseitige Alterung bewertet. Durch die Reduzierung der Dynamik der Brennstoffzelle altert die Brennstoffzelle weniger. Eine große Batterie und eine große Brennstoffzelle zeigen dabei die geringste Alterung.

Simulation statt Dauertest im Alltag
In der Simulation werden die Batterien in sogenannten Rafftests hohen Temperaturen und höheren Ladungsumsätzen ausgesetzt und damit stärker belastet. Die überzogene Anforderung kann dann auf reale Anwendungsfälle zurückgerechnet werden.
Zusammen mit den Daten aus den Messfahrten des ExtraEnergy Tests kann so eine Stadtfahrt über mehrere Jahre simuliert werden. Das Ergebnis ist die Alterungsgeschwindigkeit der Batterie eines Pedelec-Nutzers in der Stadt ohne Dauertest.

Mit dieser Grundlage wird es ExtraEnergy möglich sein, die Bewertung der Alterung der Pedelec Batterien in den Pedelec und E-Bike Test zu integrieren.

>>Die ganze Arbeit zum Download

 

Text: Dr. Frieder Herb
Bild: Susanne Brüsch

17. Februar 2011