Lehrgang

Fachingenieur Batterien VDI - Modul 3: Von der Zelle zur Batterie

Veranstaltungsnummer: 01LE063

  • Aufbau von Li-Ionen Batteriesystemen
  • Modellierung und Simulation
  • Elektrische und thermische Charakterisierung
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Kommende Termine:

12. – 13. September 2024
Stuttgart
de

Verfügbar

27. – 28. Februar 2025
Stuttgart
de

Verfügbar

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Hinweis

Dieses Modul kann nur im Rahmen des Zertifikatslehrgangs "Fachingenieur Batterien VDI" gebucht werden.

Batterien für jeden Anwendungsbereich

Wie wird aus eine Lithium-Ionen-Zelle eine Batterie? Mit dieser Frage beschäftigt sich das 3. Modul des VDI-Zertifikatlehrgangs „Fachingenieur Batterien VDI“. Hier erfahren Sie u.a., welche Vorteile der modulare Aufbau gegenüber dem Blockaufbau hat und für welche Einsatzzwecke sich die Serien- bez. Parallelschaltung von Batteriezellen eignet. Außerdem werden verschieden Kriterien für die Auslegung und das Design der Batterie vorgestellt und diskutiert. In einem Fallbeispiel geben Ihnen die Referenten einen Überblick der aktuell am Markt verfügbaren Batterien für Elektroautos und vergleichen deren Leistung.

Weitere Schwerpunkte des Seminars sind die elektrische, thermisch und mechanische Modellierung/Simulation von Batterien sowie die Charakterisierung inklusive der Aufstellung von Alterungsmodellen. Aufgezeigt werden auch die Potenziale der Digitalisierung für die Li-Ionen-Batteriezellenproduktion. Sie lernen u.a. das Konzept des Digitalen Zwillings kennen und erfahren, was Sie bei der Implementierung in den Bereichen Produkt und Prozess beachten müssen. Ein besonders Highlight dieses Moduls ist eine Laborführung, während der Sie tiefere Einblicke in die Zellherstellung, Zellcharakterisierung, Zykel- und Alterungstests sowie neue Zelltechnologien erhalten.

Das Seminar „Von der Zelle zur Batterie“ ist das 3. Pflichtmodul des VDI-Zertifikatslehrgangs „Fachingenieur Batterien VDI“. Nachdem Sie die 4 Pflicht- und 3 Wahlpflichtmodule absolviert haben, werden Sie zur Zertifikatsprüfung zugelassen. Nach bestandener Prüfung sind Sie berechtigt, den Titel „Fachingenieur Batterien VDI“ zu verwenden.

Top-Themen

  • Aufbau von Li-Ionen Batteriesystemen
  • Modellierung und Simulation
  • Elektrische und thermische Charakterisierung
  • Digitalisierung in der Batterieproduktion
  • Vorstellung digitaler Zwilling

Inhalte des Moduls:

Teil 1: Von der Zelle zur Batterie

Aufbau von Li-Ionen Batteriesystemen

  • Modularer Aufbau vs. Blockaufbau
  • Serien- und Parallelschaltung von Batteriezellen
  • Mechanische Integration
    • Zellblock
    • Batteriegehäuse und Befestigungssystem
  • Batterieelektronik zur Überwachung und Steuerung

Kriterien für die Auslegung und das Design der Batterie

  • Bauraum
  • Performance
  • Sicherheit
  • Kosten
  • Möglichkeiten der Optimierung von Leistungs- und Energiedichte
  • Systemspannung 800V – Quo vadis?

Fallbeispiel: Batterien in aktuell am Markt verfügbaren Elektroautos im Leistungsvergleich

Teil 2: Modellierung/ Simulation

Motivation

  • Wieso, weshalb, warum – welche Vorteile bringen Batteriemodelle?
  • Struktur, Gesamtmodell – Schnittstellen der Submodelle (elektrisch, thermisch, mechanisch, Alterung)

Welche Teilmodelle sind nötig?

  • Elektrische Modellierung
    • Elektromechanische Modelle vs. elektrische Ersatzschaltbilder
    • Aufbau elektrischer Ersatzschaltbilder
  • Thermische Modellierung
  • Mechanische Modellierung
  • Alterungs- und Degradationsmodelle
  • Thermal Runaway und Thermal Propagation

Fallbeispiel: Stromaufteilung paralleler Zellen – Einflussparameter und Optimierung,
Sweet Spot: Schnellladefähigkeit, Energiedichte und Lebensdauer

Teil 3: Charakterisierung, ein Review der Simulationsmodelle – Welche Parameter muss die Charakterisierung liefern?

Elektrische Charakterisierung

  • OCV
  • Strompulse vs. EIS-Messungen
  • Zwei Halbzellen ergeben eine Vollzelle – welche Vorteile hat die Charakterisierung von Halbzellen

Thermische Charakterisierung

  • Das Ersatzschaltbild
  • Parametrierung
  • Geeignete experimentelle Untersuchungsmethoden

Mechanische Charakterisierung

  • Ansätze zur Modellierung
  • Parametrierung
  • Geeignete experimentelle Untersuchungsmethoden

Aufstellung eines Alterungsmodells

  • Klassischer Zyklentest vs. High-Precision-Coulometry
  • Definition des richtigen Check-ups
  • Generelles Vorgehen beim Aufstellen von Alterungsmodellen, welche Herangehensweisen sind heute möglich?

Aufstellung eines „Sicherheitsmodells“

  • Ansätze zur Modellierung
  • Parametrierung
  • Geeignete experimentelle Untersuchungsmethoden

Besichtigung: Laborführung „Elektrische Energiespeichersysteme“, Zellherstellung, Zellcharakterisierung, Zykel- und Alterungstests, neue Zelltechnologien

Teil 4: Digitalisierung, Digitale Zwillinge

Markt für Digitalisierung im Rahmen der Li-Ion-Batteriezellenproduktion

Anwendungsfälle der Digitalisierung in der Batterieproduktion

  • Welches sind die Bereiche, in denen Digitalisierungskonzepte einen Mehrwert schaffen können?
  • Wie lassen sich die Konzepte in die Praxis umsetzen?
  • Überblick über bestehende Anwendungsfälle

Vorstellung – Digitale Zwillinge

  • Konzept
  • Bausteine
  • Potentiale

Implementierung von Digitalen Zwillingen

  • Produkt
  • Prozess

Der Hybrid-Ansatz bei Digitalen Zwillingen

  • Herangehensweise
  • Umsetzung

Zielgruppe

Das VDI Wissensforum hat den Lehrgang „Fachingenieur Batterien VDI“ speziell für Ingenieure und Ingenieurinnen konzipiert, die bei Herstellern und Zulieferern von mobilen Arbeitsmaschinen oder stationären Energiespeichern bzw. in der Automobilbranche beschäftigt sind. Der Lehrgang richtet sich vor allem an Mitarbeitende aus folgenden Bereichen:

  • Forschung und Entwicklung
  • Konstruktion
  • Technischer Einkauf
  • Systementwicklung
  • Automobilproduktion
  • Mobile Arbeitsmaschinen
  • Stationäre Energiespeicher

Von den vermittelten Inhalten profitieren nicht nur Neu- und Quereinsteigende, sondern auch erfahrene Fachkräfte, die ihre Kenntnisse ausbauen und das anerkannte Zertifikat „Fachingenieur Batterie VDI“ erwerben möchten.

Ihre Referenten

Prof. Dr.-Ing. Kai-Peter Birke lehrt und forscht am Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart. Nachdem er seine Promotion zum Thema Festkörperbatterien mit funktionalen keramischen Schichten in Kiel abgeschlossen hatte, arbeitete er am Fraunhofer Institut für Siliziumtechnologie und wechselte anschließend in die Industrie zu Varta und Continental. An der Universität Stuttgart konzentriert er sich auf zwei Schwerpunkte: Materialien und chemische Prozesse sowie Möglichkeiten zur Steigerung der Energiedichte von Batteriesystemen.

Sabri Baazouzi ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Batteriezellherstellung sowie format- und designflexible Wickelherstellung.

Dr.-Ing. Alexander Fill ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Stuttgart am Institut für Photovoltaik. Seine Arbeit beschäftigt sich mit Batteriesystemen.

Florian Maier ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum für Batteriezellenfertigung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. Seine Arbeit konzentriert sich auf die Digitalisierung in der Lithium-Ionen-Batterieproduktion, insbesondere auf Methoden, die Wettbewerbsvorteile im gesamten Lebenszyklus einer Batterie zu ermöglichen.

Soumya Singh ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. Ihre Arbeit konzentriert sich auf die Weiterentwicklung des digitalen Zwillings für die Batterietechnologie, insbesondere auf Methoden zur Implementierung eines digitalen Zwillings mit quantifizierbarem Mehrwert.