Bei der Herstellung von Batterien kommt es zu Unregelmäßigkeiten zwischen den einzelnen Batteriezellen, die sich in der Praxis immer stärker bemerkbar machen. Die Leistung von Batterien wird durch Faktoren wie Lade-/Entladezyklen, Umgebungstemperatur und Entladeströme beeinflusst. Infolgedessen kann die praktische Batterieleistung von den theoretischen Erwartungen abweichen. Während des Betriebs neigen Batterien dazu, einem Trend zu folgen, der besagt, dass die schwächeren Batterien schwächer werden, und zwar schneller als die stärkeren". Dies stellt zweifellos eine große Herausforderung für das Wärmemanagement und die Energieumwandlung von Batterien dar.
Bei eindimensionalen Konstruktionen, bei denen die Batterien übersichtlich angeordnet sind, lassen sich die Strömungsrichtung und die Temperaturänderungen der Batterien deutlich beobachten, wenn das Kühlmedium von links nach rechts fließt. (Die Temperatur ist in der Nähe des Kühlmediums niedriger und in der Entfernung davon höher).
Bei zweidimensionalen Konstruktionen, wenn mehrere Reihen von Batterien versetzt angeordnet sind, ist es weniger intuitiv, die Strömungsrichtung, die Geschwindigkeit des Kühlmediums und die Kühlbedingungen zu bestimmen. Welche Batterie erfährt einen höheren Temperaturanstieg? Welche Batterie weist größere Temperaturunterschiede auf? Dies erfordert den Einsatz von Strömungsdynamik- und Wärmeübertragungssimulationen, um fundierte Urteile zu fällen.
Bei dreidimensionalen Entwürfen müssen die Fahrzeugstruktur und die Anordnung der Batteriezellen berücksichtigt werden (z. B. die unregelmäßige Verteilung im Tesla-Batteriepaket, wie in der Abbildung dargestellt). Diese Komplexität stellt erhebliche Herausforderungen an die Konstruktion, Simulation und Prüfung von Thermal-Management-Systeme.
Batterien sind trotz ihrer Unscheinbarkeit bemerkenswert komplizierte Geräte. Dies wird besonders im Bereich der neuen Energiefahrzeuge deutlich, wo Disziplinen wie Mess- und Regeltechnik, Energieumwandlungstechniken, Energiewandlungsstrategien, Systemintegration und Herstellungsverfahren eine Rolle spielen. Auch wenn es keine perfekte Einheitlichkeit der Zellen gibt, streben wir weiterhin nach minimalen Unterschieden bei den Batterietemperaturen. Dies ist kein isoliertes Problem, sondern eine systemische Herausforderung, die nur durch interdisziplinäre Zusammenarbeit und präzisionsorientiertes Design zu bewältigen ist.
Ein tieferes Verständnis von Batterien und ein Gespür für die Anforderungen des Marktes sind unerlässlich, um Forschern und Designern in den verschiedenen Phasen bei der Entwicklung von Produkten zu helfen, die den Marktbedürfnissen wirklich entsprechen.
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