Strukturverhalten von Lithium-Ionen-Zellen auf Gesamtfahrzeugebene

In heutigen Hybrid- sowie Elektrofahrzeugen werden Lithium-Ionen-Zellen als Energiespeicher eingesetzt. Die gegenüber herkömmlichen Kraftstoffen geringe Energiedichte führt zu verhältnismäßig schweren Speichersystemen und trägt dazu bei, dass elektrisch betriebene Fahr­zeuge tendenziell schwerer sind als konventionell angetriebene Fahrzeuge. Ein weiterer, großer Anteil des Gewichtszuwachses entfällt auf die Integration der Batterie in die Fahrzeugkarosserie sowie die crashsichere Auslegung von Fahrzeug- und Batteriestruktur. Nicht zuletzt durch den Brand dreier Fahrzeuge des Models Tesla S sowie eines Chevrolet Volts ist letztere aus Sicht der Öffentlichkeit sowie der Hersteller von besonderer Bedeutung, und bedingt eine detaillierte Betrachtung des Energiespeichers im Entwicklungsprozess, um etwaige Beschädigungen sowie deren mögliche Folgen (z.B. „thermal runaway“) zu vermeiden. Aktuell verwendete Simulationsansätze zur Beurteilung der Energiespeicherschädigung beim Fahrzeugcrash mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) bedingen eine konservative Auslegung der Strukturen, da das Verhalten einzelner Zellen in der Crashsimulation nicht abgebildet wird und somit eine Aussage über die Zellschädigung nicht möglich ist. Zur Deckung des Forschungsbedarfs wird im Rahmen dieser Arbeit eine Methodik für den Aufbau eines Zellsimulationsmodells aufgestellt und diese exemplarisch auf ein in Großserie hergestellten Kleinwagen, eine Energiespeicherposition im Fahrzeug sowie eine Zellbauform angewendet.