In dieser Arbeit werden die besonderen Herausforderungen, die sich für die Bleisäure- Batterie aus dem Betrieb im teilentladenen Zustand ergeben, abgeleitet und die mangelnde Eignung konventioneller, wartungsfreier Blei-Säure-Nassbatterien dargelegt. Stattdessen werden in der BMW Group ventilregulierte Batterien in Vliestechnologie (VRLA-AGM Batterien) eingesetzt. In dieser Arbeit wird das Betriebsverhalten der VRLA-AGM Batterien im MikroHybrid-Bordnetz detailliert untersucht. Dabei werden Methoden des Simultaneous Engineering aus der modernen Fahrzeug-Serientwicklung genutzt. Am Prüfstand wurde eine Langzeituntersuchung des Betriebs im teilentladenen Zustand in Kombination mit einer Batterie-Regenerationsfunktion durchgeführt. Basierend auf aufgezeichneten Daten aus einem Mikro-Hybrid-Messfahrzeug wurden die Batterien bis zu 160 Vollzyklen betrieben, um Betriebsverhalten und -belastungen möglichst über die gesamte Batterielebensdauer abzubilden. Mit einer Parametervariation konnte gezeigt werden, dass die Batterie-Regeneration kurzfristig und wirkungsvoll dynamische Ladungsaufnahmefähigkeit wiederherstellt und langfristig beschleunigten Kapazitätsverlust verhindert. Insbesondere konnte mit der gewählten Betriebsstrategie die harte Sulfatierung der negativen Elektrode als hauptsächlicher Effekt für Batteriealterung im teilentladenen Zustandsbetrieb vermieden werden. Dennoch wurde anhand elektrischer Laboruntersuchungen gezeigt, dass die Ladungsaufnahme das Rekuperationspotential der Blei-SäureTechnologie limitiert und insbesondere von Standzeiten negativ beeinflusst wird. Korrosion des positiven Gitters mit resultierender Inaktivität der positiven Aktivmasse wurde als Hauptursache für die Batteriealterung festgestellt. Trotz hoher Streubreite der experimentellen Ergebnisse, die in der Komplexität des Systems Fahrzeug/Batterie begründet liegen, wurden diese Erkenntnisse in einem Batteriefeldtest von statistischer Relevanz bestätigt. Mit der Darstellung von berechneten Wahrscheinlichkeitsdichten konnte insbesondere die Überlegenheit der VRLA-AGM Batterie durch ihre Zyklenfestigkeit gegenüber der konventionellen Nass-Batterie demonstriert werden. Anhand einer multiplen Regressionsanalyse wurden die Haupteinflussfaktoren auf die Batteriealterung im Fahrzeug ermittelt. Eine datenbankbasierte Felddatenanalyse an Mikro-Hybrid-Fahrzeugen im AfterSales etwa zwei Jahre nach Einführung der Funktionen BER und ASSF zeigt keine Zunahme von Gewährleistungsfällen. Durch die Auswertung von Einträgen aus dem Fahrzeug-Infospeicher wurden Batteriebelastung und -verhalten teilweise quantifiziert. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Zyklisierung gegenüber dem konventionellen Bordnetz deutlich erhöht ist und durch eine intensivere Nutzung der ASSF, zum Beispiel in Fahrzeugen mit Automatik-Getriebe, weiterhin steigen wird.

    In this thesis special challenges for the LA battery resulting from operation at partial state-of-charge (pSoC) were derived and the inadequacy of conventional, maintenance-free flooded LA batteries is revealed. The BMW Group applies valveregulated lead-acid (VRLA) batteries in absorbent glass mat (AGM) technology. In this thesis the operational behavior of VRLA-AGM batteries in the MHPS is investigated in detail. In order to do so, several methods of simultaneous engineering in modern vehicle series development were made use of: A long-term investigation of pSoC operation including a battery refresh function was performed on test-benches. The battery sampies were cycled up to 160 full cycles (capacity turnovers) on the basis of data gathered in an experimental micro-HEV. This was done for reproducing battery behavior and stress preferably for the entire battery cycle life. By means of a parameter variation matrix it was shown that the battery refresh effectively resets dynamic charge acceptance on the short-time scale and prevents accelerated capacity 1055. In particular hard sulfation of the negative electrüde could be prevented as main battery aging phenomenon at the chosen pSoC-operational strategy. Nevertheless it was shown in the electrical lab tests that charge acceptance, which is negatively affected especially by vehicle rest time, limits the regeneration potential of the LA technology. Corrosion of the positive grid and resulting inactivity of the positive active mass was found to be the dominant reason for battery degradation. Despite of strong scattering of measured values caused by the complexity of the vehiclejbattery-system, these results were confirmed in a field operational test with statistical relevance. By visualization of calculated probability densities the advantages of VRLA-AGM batteries compared to flooded batteries in terms of cycle stability could be demonstrated. In a multiple regression analysis the main influencing factors on LA battery aging in the vehicle were identified. Analysis of an after-sales field data base of micro-HEVs was performed about two years after launching BER and ASSF and did not reveal any increase of warranty claim rates caused by the introduction of these new functions. Battery load and behavior could be quantified based on entries into the vehicle info recorder. Thus it was verified that battery cycling is considerably increased compared to the conventional power system which may be even more pronounced in the future due to more intense use of the ASSF, e.g. in combination with automatic transmission.


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    Titel :

    Simultaneous engineering-based investigation of VRLA-AGM batteries in micro-hybrid electric vehicles


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2010


    Format / Umfang :

    267 Seiten, Bilder, Tabellen, 234 Quellen


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Englisch






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