SimDural - Simulationsbasierte Sicherheitsbewertung eines unkontrollierten, thermischen Durchgehens bei gealterten Batteriezellen

Abstract

Das Projekt SimDural untersucht die simulationsbasierte Sicherheitsbewertung von Lithium-Ionen-Batteriezellen unter mechanischem und thermischem Missbrauch, insbesondere im Hinblick auf Kurzschlussentstehung und Thermal Runaway bei gealterten Zellen. Dazu wurden experimentelle Charakterisierungsmethoden für Zellkomponenten und Pouchzellen mit numerischen Simulationsansätzen gekoppelt. Mechanische Kennwerte, Mikrostrukturinformationen und Missbrauchstests dienten der Parametrierung von DEM-basierten Modellen zur Abbildung von Nagelpenetration und Zellverformung. Ergänzend wurden elektrisch-thermische Simulationen zur Abschätzung von Kurzschlusswiderstand, Joule’scher Wärme und Temperaturentwicklung entwickelt. Die experimentelle Validierung erfolgte unter anderem durch ARC-Messungen, Nagelpenetrations- und Crush-Tests sowie Analysen entstehender Reaktionsgase. Die Ergebnisse liefern methodische Grundlagen für die Bewertung sicherheitskritischer Versagensmechanismen und die Weiterentwicklung prädiktiver Simulationsworkflows für Batteriezellen.