Abstract
Batterien bestimmen als Herzstück von Elektrofahrzeugen maßgeblich deren Reichweite, Leistung und Lebensdauer. Als eine zentrale Komponente von modernen Batterien dienen Zellen-Abstandshalter (eng. cell spacers) als physische Barriere zwischen den einzelnen Batteriezellen. Sie dienen als elektrische Isolation und tragen weiters maßgeblich zur mechanischen und thermischen Stabilität der gesamten Batterie bei. Die Wahl der Materialien dieser Bauteile hat somit einen großen Einfluss auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Elektrofahrzeugen und damit der Weiterentwicklung der Elektromobilität. In dieser Arbeit wurde ein Programm zur mechanischen Charakterisierung von Zellen-Abstandshalter-Materialien entwickelt. Das Programm erfasst durch mehrere Prüfmethoden das Verhalten der Komponente unter mechanische Belastungen, welche sie im Laufe ihres gesamten Lebenszyklus erfährt. Um in Zukunft kostspielige physische Prototypen von Zellen-Abstandshalter durch virtuelle zu ersetzen, wurden weiters das gemessene Materialverhalten mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) modelliert. Der Ablauf der Materialprüfung und die Anwendbarkeit unterschiedlicher Materialmodelle wurde in dieser Arbeit anhand von drei gängigen Materialien für Zellen-Abstandshalter aufgezeigt, Silikonschaum, Silikon-Gummi und Aerogel-Komposit. Die Materialien wiesen bei der Prüfung deutlich unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich Kompressibilität und Degradation unter zyklischer Belastung auf. Dies spiegelt sich auch bei der Auswahl der bestgeeigneten Materialmodellen wider, welche sich bei jedem der betrachteten Materialen unterscheidet. Weiters zeigte die Simulation des Aerogel-Komposits auf, dass bei komplexen Materialverhalten aufwändigere Modellierungsansätze notwendig sind, welche sich nur durch Simulations-Subroutine realisieren lassen.
Titel in Übersetzung | Ein Charakterisierungsprogramm für Zellabstandsmaterialien: Erfassung der wichtigsten Leistungsparameter für fortschrittliche Batterie-Stack-Baugruppen |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dipl.-Ing. |
Gradverleihende Hochschule |
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Betreuer/-in / Berater/-in |
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Datum der Bewilligung | 18 Okt. 2024 |
DOIs | |
Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2024 |
Bibliographische Notiz
gesperrt bis 01-10-2029Schlagwörter
- Batterie-Zellen-Abstandhalter
- Materialauswahl
- Thermo-mechanische Charakterisierung
- Methodenentwicklung
- Kompressibilität
- Finite-Elemente-Simulation