Kapitel 7, Energiespeicher Flashcards
Welche Zelldesigns für Batteriezellen gibt es?
- Rund-Zelle
- Prisma-Zelle
- Pouch-Zelle (Coffee-Bag)
Wie ist die Leerlaufspannung eines Akkumulators definiert?
Leerlaufspannung U0 = Spannung im unbelasteten Zustand
Warum ist Lithium als Elektrodenmaterial attraktiv?
Welche Probleme bringt dies andererseits mit sich?
+ reduzierte Sicherheitsproblematik
+ höhere Lebensdauer
+ sehr hohe Zellspannung erreichbar
- Energiedichte wird maßgeblich von den Elektrodenmaterialien bestimmt
- Warum muss ein Li-Ion-Akku beim Einsatz als Traktionsbatterie (Antriebsbatterie) in einem Fahrzeug gekühlt werden?
- Warum wird ein aktives Batterie(Zell-)management benötigt?
- Beim Dauerbetrieb entsteht hohe Verlustwärme, die durch ein Kühlsystem kontrolliert werden muss
- Um eine zuverlässige Funktion zu gewährleisten, da sie bei missbräuchlicher Anwendung (Überladung, Tiefenentladung, Kurzschluss) ein kritisches Verhalten aufweist
Nennen Sie zwei Akku-Typen und zeichnen Sie diese in das vorgegebene gravimetrische - volumetrische - Energiedichte - Diagramm ein.
Akkutypen z.B.:
- Nickel-Cadium (ca. 45 Wh/kg & 115 Wh/l)
- Lithium-Ionen (ca. 120 Wh/kg & 280 Wh/l)
- Blei-Säure
- Nickel-Metallhydrid
Erläutern sie den Aufbau und die Funktion eines Li-Ion-Akkus.
Ladevorgang
Anode(+): LiCoO2 -> CoO2 + Li+ + e-
Kathode(-): 6C + Li+ + e- -> LiC6
Aufbau siehe Abb. 15
Was ist der aktuelle Stand bzgl. der Energiedichte eines Li-Ionen-Akkus und was kann man in 10 Jahren erwarten?
heute ca. 260 Wh/kg
in 10 Jahren ca. 400 Wh/kg
Vergleichen Sie Blei-Säure, Natrium-Nickel-Chlorid und Lithium-Ionen-Batterien bezüglich Energiedichte, Leistungsdichte, Lebensdauer, Ladezeit und Kosten.
Einordnung mit +, 0, -
siehe Abb. 16
Ein BEV habe bei +20°C eine Reichweite von 130 km. Wie viel Reichweite hat das Fahrzeug bei +30°C, +10°C, 0°C, -10°C, -20°C?
Grund: Heizen, Kühlen
+30°C: 112km (-18)
+10°C: 110km (-20)
0°C: 94km (-36)
-10°C: 82km (-48)
-20°C: 70km (-60)
Welcher elektrochemische Effekt liegt dem sog. Superkondensator zugrunde?
Beschreiben Sie diesen Effekt unter Zuhilfenahme einer Skizze.
Doppelschicht-Effekt (Helmholtz)
siehe Abb. 17
Welche Eigenschaften zeichnen Superkondensatoren aus?
Nennen Sie 3 Vor- und einen Nachteil von Superkondensatoren.
Vorteile
+ sehr hohe Leistung und geringer Widerstand
+ lange Lebensdauer
+ geringe Selbstentladung
Nachteile
- relativ geringe Energiedichte
geeignet für Start-Stopp-Systeme und Bremsenergie-Rekuperation
Welches Prinzip steht hinter Schwungradsystemen als Energiespeicher?
Nutzung des Trägheitsmoments einer drehenden Masse zur Speicherung kinetischer Energie
- Nach welcher Formel berechnet sich die in einem Schwungrad gespeicherte Energie?
- Welche Eigenschaften bzw. Kennwerte des Schwungrades beeinflussen die speicherbare Energie?
- W = 1/2 * J * ω^2
ω = 2 * π * n - Massenträgheitsmoment J
Winkelgeschwindigkeit ὠ
Nennen Sie jeweils 3 Vor- und Nachteile von Schwungradspeichern.
Vorteile:
+ hohe Leistungsdichte
+ hohe Lebensdauer
+ unproblematisches Recycling
Nachteile:
- schnelle Selbstentladung
- mechanisch Aufwendig
- spezielles Gehäuse im Schadensfall erforderlich
Sie sollen ein Hybridfahrzeug mit einer emissionsfreien Reichweite von 30km konzipieren. Wäre der Einsatz von Superkondensatoren als Energiespeicher dafür gut geeignet und warum/warum nicht?
Welche Alternativen gibt es?
Nein, da Superkondensatoren eine geringe Energiedichte haben und so die Reichweite von 30 km nicht erreicht wird.
Alternativ Nickel-Metallhydrid oder Lithium-Ionen Akkus verwenden.
