Bestimmung der Betriebsgrenzen bei Schnellladung

Das Schnellladen von Lithium-Ionen Batterien ist für die Elektromobilität aber auch andere Einsatzbereiche von großer Bedeutung. Zur Entwicklung von  (Schnell-) Ladeverfahren müssen die Betriebsgrenzen der Zellen im Hinblick auf den maximalen Ladestrom bekannt sein.  Eine Überschreitung dieser hat eine übermäßige Alterung der Zelle, meist durch Lithium-Plating auf der Anode verursacht, zur Folge.

In diesem Projekt wird ein Verfahren zur Bestimmung von Betriebsgrenzen bei der Schnellladung entwickelt. Dies umfasst die Entwicklung und Adaption von Messverfahren und Modellen zur Detektion und Prädiktion von Lithium-Plating.

Zur experimentellen Plating-Detektion kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz:

• Analyse der Spannungs­relaxation
• Impedanz­spektroskopie und Verteilungs­funktion der Relaxationszeiten (DRT)
• Messung der  Zellausdehnung
• NFRA - Nonlinear Frequency Response Analysis

die in einer Messvorschrift  zur Ermittlung der Schnelllade-Betriebs­grenzen von Li-Ionen Zellen kombiniert werden. Parallel werden impedanzbasierte Modelle zur Prädiktion von Lithium-Plating in der Zelle evaluiert.

Die Anwendung und Validierung dieser Messverfahren und Modelle erfolgt im Projekt an zwei verschiedenen Zelltypen. Nach Bestimmung der Betriebs­grenzen mit dem entwickelten Verfahren erfolgt eine Validierung durch Messung der Zyklenstabilität beim Schnellladen innerhalb und außerhalb dieser Grenzen.