Bleistarterbatterien für Mikro-Hybrid Fahrzeuge mit Start-Stopp Automatik und Bremsenergierückgewinnung unterliegen auf Grund des Betriebes in einem Teilladezustand (Partial State of Charge, PSoC) starken zyklischen Belastungen, die zu einem frühzeitigen Ausfall der Batterie führen. In der vorliegenden Arbeit wurden eingehende Untersuchungen zu Alterungserscheinungen wie Säureschichtung und Sulfatierung, die während des PSoC-Betriebes auftreten, in Abhängigkeit von der Temperatur vorgenommen. Daneben wurde die Effizienz passiver Mischelemente als Maßnahme gegen Säureschichtung und die Wirksamkeit von Carbon Blacks, die den negativen Aktivmassen der Batterie zugesetzt werden, untersucht. Für die Grundlagenuntersuchungen zur Säureschichtung und Sulfatierung wurden konventionelle Blei-Säure-Nassbatterien im Labor bei -5, 3, 27 und 60 C mit 17,5 % Entladetiefe zyklisiert. Zur Bewertung der Effizienz der beiden Maßnahmen wurden konventionelle und weiterentwickelte Blei-Säure-Nassbatterien im Labor zyklisiert und in Fahrzeugen gealtert. Die Grundlagenuntersuchungen zur Säureschichtung und Sulfatierung zeigten, dass das Ausmaß von Säureschichtung mit steigender Temperatur abnimmt. Die während der Zyklisierung gebildeten Bleisulfatkristalle auf den negativen Elektroden unterschieden sich in Abhängigkeit von der Temperatur in ihrer Größe und Anzahl. Dabei nahm die Größe der Kristalle mit steigender Temperatur ab. Letztlich zeigte sich entgegen einer Analyse aus der Literatur, dass die Sulfatierung bei Nassbatterien nicht nur ein Oberflächenphänomen ist, sondern während der Zyklisierung (mit sinkender Temperatur) bis tief ins Platteninnere vordringt. Batterien mit passiven Mischelementen zeigten im Vergleich zu Batterien ohne Mischelemente sowohl im Labor als auch im Fahrzeug homogene Säuredichteverteilungen, geringe Sulfatierungsgrade und verringerte Innenwiderstandswerte und wiesen gegenüber Batterien ohne Mischelemente bis um den Faktor fünf verlängerte Lebensdauern auf. Darüber hinaus zeigte sich, dass Mischelemente nicht nur den Aufbau von Säureschichtung verhindern, sondern auch eine bestehende Schichtung abbauen können. Batterien mit Carbon Blacks zeigten in Laborerprobungen um den Faktor drei verlängerte Lebensdauern als solche ohne Carbon Black Additive und ebenfalls geringere Sulfatierungsgrade der negativen Elektroden. Das Ausmaß der Wirksamkeit unterschiedlicher Carbon Blacks in Bezug auf die Batterielebensdauer ist erster Linie abhängig von der inneren Ordnungsstruktur. Je höher der innere Ordnungsgrad, desto höher die Batterielebensdauer. Auch Parameter wie die Primärpartikelgröße, die Aggregatstruktur, die elektrochemische Aktivität sowie die Porosität spielen eine Rolle und wirken sich in Summe auf die Batterielebensdauer aus. In Fahrerprobungen zeigten Batterien mit Carbon Blacks um den Faktor vier verbesserte Stromaufnahmen.


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    Title :

    Untersuchungen zu weiterentwickelten Starterbatterien auf Basis des Bleiakkumulators für Mikrohybrid-Anwendungen im Fahrzeug


    Contributors:

    Publication date :

    2013


    Size :

    210 Seiten, Bilder, Tabellen, 101 Quellen


    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German