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K. Menzl:
"Thermische Analyse eines Lithiumionen-Batteriemoduls";
Supervisor: K. Ponweiser; Institut für Energietechnik und Thermodynamik, 2018.

Kreisel Electric is a company specialized in developing lithium-ion-battery packs based on cylindrical cells. One of the core components of the technology is the battery thermal management which has been carried out by direct cooling the cells using an non-conductive fluid. The aim of this thesis is to evaluate this method concerning heat transfer, heat distribution and pressure loss. The focus in the first part is to develop a lumped thermal model of a single cell to analyze the heat distribution within a cell. Based on this model, a detailed analysis of heat transfer and pressure loss of an 14P 1S module (14 parallel connected cells, 1 in series) was carried out. An examination based on the currently used cooling unit was done as well as an in-dept analysis on heat transfer and pressure loss with changing geometrical factors e.g. cooled cell surface, axial spacing between the cells as well as flowrate of the module. In the next step, the findings were extended to a 14P 12S module string (14 cells in parallel and 12 in series) with the focus on determining the temperature distribution between the battery modules. At the end of the thesis, possibilities of improvements like parallel flow distribution of the coolant between all modules and alternative coolants were examined.

Die Firma Kreisel Electric hat sich auf die Entwicklung von Akku- Packs auf Basis von Lithiumionen-Rundzellen spezialisiert. Eine Kernkomponente dieser Technologie ist das Thermomanagement der Batterie, das durch direktes Umspülen der Zellen mit einer dielektrischen Flüssigkeit realisiert wird. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, diese Methode der Temperierung hinsichtlich Wärmeübergang, Temperaturverteilung und dem damit einhergehenden Druckverlust zu analysieren. Dabei wurde zuerst ein thermisches Ersatzmodell einer Zelle erstellt, um die Temperaturverteilung in der Zelle zu bestimmen. Davon ausgehend wurde eine detaillierte Analyse von Wärmeübergang und Druckverlust eines 14P 1S Moduls (14 Zellen elektrisch parallel geschalten, 1 Zelle in Serie) erstellt, für welches in weiterer Folge auch der Einfluss von veränderbaren Geometrieparametern wie z.B. der gekühlten Fläche, des Zellenabstandes oder der Durchflussrate untersucht wurde. Im Anschluss wurden die Ergebnisse auf eine 14P 12S Schaltung (14 Zellen parallel, 12 Zellen in Serie) ausgeweitet, wobei in diesem Abschnitt die Temperaturverteilung zwischen den einzelnen Modulen im Vordergrund stand. Am Ende der Arbeit wurden Verbesserungsmöglichkeiten, wie eine parallele Strömungsführung durch alle Module oder der Einsatz von alternativen Kühlflüssigkeiten evaluiert.

Thermomanagement der Batterie, Wärmeübergang, Temperaturverteilung