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Ein Event von

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12. Juli 2019
Konferenzzentrum München

Anwendertag Batterie & Strom

Programm

Tag 1 - Mittwoch, 10. Juli 2019

09:00 - 16:00
Basisseminar Lithium-Batterien und deren Weiterentwicklung
09:00 - 11:00
Teil 1 Dr. Wolfgang Weydanz, Robert Bosch; Prof. Dr. Andreas Jossen, Technische Universität München  
Dieser Basiskurs für Neu- und Quereinsteiger vermittelt Anwendern, Entwicklern und Entscheidungsträgern das notwendige Wissen über die Funktionsweise, die Entwicklungstendenzen und die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen wiederaufladbaren Batteriesysteme mit einem starkem Fokus auf Lithium-Ionen Batterien. Schwerpunkte des Seminars sind neben Grundlagen, Aktivmaterialien, Ladeverfahren, Sicherheit, Alterungsverhalten und Batteriemanagement auch die Batteriepackentwicklung und moderne Lithium-Ionen-Hochleistungszellen unterschiedlicher Chemien. Zusätzlich werden neue Entwicklungen bei Metall-Luft- und weiteren Systemen diskutiert sowie Gerätebatterien und Batterien für Hybridfahrzeuge berücksichtigt.
11:00 - 11:30
Kaffeepause und Networking
11:30 - 13:00
Teil 2 Dr. Wolfgang Weydanz, Robert Bosch; Prof. Dr. Andreas Jossen, Technische Universität München  
Dieser Basiskurs für Neu- und Quereinsteiger vermittelt Anwendern, Entwicklern und Entscheidungsträgern das notwendige Wissen über die Funktionsweise, die Entwicklungstendenzen und die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen wiederaufladbaren Batteriesysteme mit einem starkem Fokus auf Lithium-Ionen Batterien. Schwerpunkte des Seminars sind neben Grundlagen, Aktivmaterialien, Ladeverfahren, Sicherheit, Alterungsverhalten und Batteriemanagement auch die Batteriepackentwicklung und moderne Lithium-Ionen-Hochleistungszellen unterschiedlicher Chemien. Zusätzlich werden neue Entwicklungen bei Metall-Luft- und weiteren Systemen diskutiert sowie Gerätebatterien und Batterien für Hybridfahrzeuge berücksichtigt.
13:00 - 14:00
Mittagessen und Networking
14:00 - 15:30
Teil 3 Dr. Wolfgang Weydanz, Robert Bosch; Prof. Dr. Andreas Jossen, Technische Universität München  
Dieser Basiskurs für Neu- und Quereinsteiger vermittelt Anwendern, Entwicklern und Entscheidungsträgern das notwendige Wissen über die Funktionsweise, die Entwicklungstendenzen und die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen wiederaufladbaren Batteriesysteme mit einem starkem Fokus auf Lithium-Ionen Batterien. Schwerpunkte des Seminars sind neben Grundlagen, Aktivmaterialien, Ladeverfahren, Sicherheit, Alterungsverhalten und Batteriemanagement auch die Batteriepackentwicklung und moderne Lithium-Ionen-Hochleistungszellen unterschiedlicher Chemien. Zusätzlich werden neue Entwicklungen bei Metall-Luft- und weiteren Systemen diskutiert sowie Gerätebatterien und Batterien für Hybridfahrzeuge berücksichtigt.
15:30 - 16:00
Kaffeepause und Networking

Parallele Sessions

16:00 - 17:30
Erweitertes Basisseminar Session 1 Zellproduktion
16:00 - 17:30
Erweitertes Basisseminar Session 1 Zellproduktion Dr. Wolfgang Weydanz, Robert Bosch; Dr. Wolfgang Weydanz, Robert Bosch  
Dieser Erweiterungs-Kurs richtet sich an Anwender und Entwickler, die mehr über die Produktionsprozesse von Zellen erfahren möchten. Es wird detailliert auf die Themen Prozesskette in der Fertigung von Lithium-Ionen Zellen, Beschichtung, Zell-Zusammenbau, elektrische Inbetriebnahme, Erklärung der einzelnen Prozessschritte der Herstellungskette, Funktionsprinzip eines Trockenraums und seine Notwendigkeit für den Einsatz sowie verschiedene Zellen (rund, prismatisch „hard case“ und pouch) und ihre Besonderheiten in der Produktion eingegangen.
16:00 - 17:30
Erweitertes Basisseminar Session 2 Batteriesysteme
16:00 - 17:30
Erweitertes Basisseminar Session 2 Batteriesysteme Prof. Dr. Andreas Jossen, Technische Universität München  
Dieser Erweiterungs-Kurs richtet sich an Anwender und Entwickler von Batteriesystemen und behandelt die Themen Aufbau von Batteriesystemen, Grundlegendes zu Zellstreuungen und Auswirkungen auf Serien- und Parallelschaltungen, kleine Zellen vs. große Zellen, Kühlkonzepte von Batteriesystemen und  Sicherheitsaspekte in Batteriesystemen (Vermeidung von failure propagation).

Tag 2 - Donnerstag, 11. Juli 2019

09:00 - 17:15
Vortragstag Vortragstag
09:00 - 09:30
Das Unsichtbare in der Batterie sichtbar machen Dr. Ralph Gilles, Technische Universität München  
Dieser Beitrag gibt einen Überblick darüber, wie Neutronen als Sonde für zerstörungsfreie in-situ und/oder operando Untersuchungen von Li-Ionen-Zellen oder Natrium-Metall-Halogenid Zellen eingesetzt werden können. Mit Neutronen können die verschiedenen Prozesse wie Laden/Entladen oder Altern viel detailierter verfolgt werden. Ein großer Vorteil von Neutronen ist die hohe Empfindlichkeit für leichte Elemente wie Li oder H in der Umgebung von schweren chemischen Elementen und die leichtere Unterscheidung von Nachbarelementen wie Ni, Mn und Co. Mit Neutronenbeugung können Änderungen in einer handelsüblichen 18650 NMC/Graphit-Zylinderzelle an der Graphitanode während der Interkalation/Deinterkalation im Lade- /Entladeprozess durch die Detektion von unterschiedlichen chemischen Phasen wie reiner Graphit und die verschiedenen LiCx-Phasen beobachtet werden [1]. Zur direkten Visualisierung von Zellen wurde die Neutronenradiographie/Neutronentomographie verwendet, um direkt räumliche Beobachtungen mit einer Auflösung bis zu kleiner 100 Mikrometer von kompletten Batteriezellen einschließlich ihrem Inneren durchzuführen. Insbesondere die geringe Absorption von Neutronenstrahlung in Metallen ermöglicht es, auch größere Zellen mit Stahlgehäuse wie ZEBRA-Batterien [2] zu vermessen. Ein für die Industrie sehr relevante Messmethode ist die in-situ Elektrolytbefüllung einer Zelle in einem Neutronenstrahl. Solche Experimente ermöglichen es die Benetzung, die Befüllmenge und die Verteilung des Elektrolyten beim Befüllvorgang genau zu beobachten und zu beschreiben und durch Veränderungen von Parametern wie Fülldruck oder Zellengeometrie eine Prozessoptimierung durchzuführen, die es ermöglicht in kürzester Zeit die komplette Zelle zu befüllen [3,4]. Die Auflösung von Übergangsmetallenan einer NiMnCo-Elektrode und ihre Abscheidung auf der Graphitanode werden an Graphit/NMC Pouchzellen unter Verwendung der sogenannten PGAA Technik (prompte Gamma-Aktivierungsanalyse) quantitativ analysiert [5]. Das Verfahren bestimmt die elementare Zusammensetzung und Konzentration von Probenmaterialien bis in den ppm-Bereich. Spurenmengen von 100.000stel Gramm eines Elementes auf Graphitelektrode sind nachweisbar. Referenzen: 1.) V. Zinth, C. von Lüders, M. Hofmann, J. Hattendorf, I. Buchberger, S. Erhard, J. Rebelo-Kornmeier, A. Jossen, R. Gilles, Journal of Power Sources, 2014, 271, 152. 2.) V. Zinth, S. Seidlmayer, N. Zanon, G. Crugnola, M. Schulz, R. Gilles, M. Hofmann, Journal of The Electrochemical Society, 2016, 163(6), A838. 3.) T. Knoche, V. Zinth, M. Schulz, J. Schnell, R. Gilles, G. Reinhart, Journal of Power Sources, 2016, 33, 267. 4.) W.J. Weydanz, H. Reisenweber, A. Gottschalk, M .Schulz, T. Knoche, G. Reinhart, R. Gilles, Journal of Power Sources, 2018, 380, 126. 5.) I. Buchberger, S. Seidlmayer, A. Pokharel, M. Piana, J. Hattendorff, P. Kudejova, R. Gilles, H.A. Gasteiger, Journal of the Electrochemical Society, 2015, 162(14), A2737.
09:30 - 10:00
Kompakte Mikrobatterien in mobilen Healthcare-Applikationen Andreas Warta, VARTA Microbattery  
Im alltäglichen Leben fallen uns die verschiedensten High-Tech Geräte, die am Körper getragen werden, gar nicht mehr auf: schmuckvolle Armbänder mit Fitnesstracking-Funktionen; In-Ear Kopfhörer, mit welchen Vitaldaten erhoben werden; Pflaster, die den Heilungsprozess einer Wunde überwachen und beschleunigen; sowie viele weitere Applikationen. Besonders in den Bereichen Healthcare und Medical sind die sogenannten Wearables ein bedeutender Schritt. Bisher liegt bei den Consumer-Anwendungen eine höhere Priorität auf dem Design. Zukünftig werden Wearables aber auch zuverlässige und wertvolle Daten liefern können. Eine Erleichterung für Patienten im Alltag, da sie sich natürlich bewegen können ohne von Kabeln behindert zu werden. Dem medizinischen Personal wird zusätzliche Arbeit erspart, da benötigte Vitaldaten zentral an einem Gerät abgelesen werden können. Und Ärzte erhalten ein kontinuierliches Protokoll ihrer Patienten. Aber auch im alltäglichen Leben geben uns Wearables Aufschluss über das Ernährungsverhalten und die Bewegungsgewohnheiten des Trägers. Mobile Healthcare-Applikationen sollen nicht nur unauffällig und verlässlich, sondern vor allem auch sicher sein. Gerade weil diese Technologien immer kleiner werden, liegt die Herausforderung bei der Batterie. Mit einer Dünne von bis zu 4mm und kleinsten Durchmessern bis zu 7,8mm meistert die CoinPower der VARTA Microbattery GmbH diese Anforderung. Trotz ihres kleinen Designs bietet die CoinPower zuverlässige Entlade- und Ladeperformanz, sodass eine verlässliche Nutzung der Geräte gewährleistet wird. Vor allem in der Gesundheitsbranche ist die Sicherheit der Geräte und Batterielösung wichtig. Die CoinPower ist nach IEC 62133 und vielen weiteren Standards zertifiziert. Neben dem Edelstahlgehäuse, das für mechanische Stabilität sorgt, sind in der Zelle weitere Sicherheitsvorrichtungen integriert. Die Nachfrage nach kleinen und sicheren Anwendungen auch im Bereich Healthcare wird weiter steigen. Leistungsfähige, kompakte und sichere Mikrozellen ermöglichen diese Anwendungen und lassen die Endgeräte für den Verbraucher attraktiver werden.
10:00 - 10:30
Smarte Batterie-Management-Systeme für komplexe Systeme Timo Nelting, FSM  
Einbindung von Batteriemanagement in Komplexe System durch z.B. Bluetooth Schnittstellen und Wireless Charging. Welche Techniken im BMS können genutzt werden um den Kundennutzen des Systems zu verbessern. Batteriemanagement im Systemkontext. Verbesserung von Systemperformance durch schlankere Architektur und bessere Tests
10:30 - 11:00
Kaffeepause, Ausstellung
11:00 - 11:30
Funktionale Sicherheit von Akkupacks und Ladegeräten Adrian Selke, Ansmann
11:30 - 12:00
Validierung der Restkapazität von Batterien mit Methoden der Elektrochemischen Impedanz Spektroskopie Dr. Wolfgang Scheuerpflug, Diehl Aerospace  
Motivation: Notstromversorgungen in Flugzeugen müssen zuverlässig funktionieren. Jedoch kann es sein, dass ein Flugzeug längere Zeit ohne elektrische Versorgung geparkt ist, sodass durch Selbstentladung die Batterie nicht mehr ausreichend Kapazität enthält und einen Start verzögern kann. Außerdem wird durch die Alterung die Kapazität reduziert, was aber aktuell nur durch einen vollständigen Kapazitätstest ermittelt werden kann, der einige Stunden dauert. Dies ist logistisch nicht akzeptabel, sodass präventiv frisch geladenen Batterien bevorratet werden müssen, was Kosten- und Zeitnachteile darstellt. Zur Verlängerung der Wartungsinterwalle wäre es vorteilhaft, wenn Batteriepacks zuverlässig im Sinne von vorbeugender Wartung diagnostiziert werden könnten. Konventionelle Lade-/Entlademessungen zur Bestimmung der Kapazität von Einzelzellen bzw. dem gesamten Pack zeigen zusätzlich mit der Lebensdauer zunehmende Unterschiede der Entladeschlußspannungen. Diese Diagnose ist jedoch zeitaufwändig und soll durch ein schnelleres Verfahren ergänzt werden, das zumindest den oberen SOC-Bereich zuverlässig diagnostizieren soll. Prüfkonzept: Ein alternatives Prüfkonzept nutzt die Elektrochemische Impedanzanalyse (EIS). Dieses aktive AC-Verfahren erzielt im Gegensatz zu DC-Verfahren eine von der Anregungsfrequenz abhängige Antwort. Der optimale Frequenzbereich ist hauptsächlich abhängig von der verwendeten Zellchemie. Ausschlaggebend ist der Imaginäranteil Z‘‘ des AC-Signals. Durch eine Umrechnung kann die elektrische Kapazität C daraus ermittelt werden. Obwohl Z‘‘ bei niedrigen Frequenzen einen sehr guten Signal/Rauschanteil hat, ist keine Linearität gegeben. Im Bereich von 2Hz bis 30Hz ist das Signal zwar deutlich niedriger, aber linear und damit zuverlässig auswertbar. C = - 1/(2*PI*f*Z‘‘) Abbildung 1: elektrische Kapazität einer NiCd-Batterie in Abhängigkeit von Frequenz und SOC Die entsprechende frequenzabhängige normierte Ladung Q=C*U ergibt in diesem Frequenzbereich folgenden Verlauf: Abbildung 2: normierte frequenzabhängige Ladung Q Prototypen wurden in einen bestehenden Batterieprüfstand integriert. An Hand von gezielt geschädigten Zellen sowie von unterschiedlichen Zyklenbeanspruchungen kann die Änderung der Restkapazität nachgewiesen werden. Gegenwärtig werden Zellen mit anderen Formfaktoren und Kapazitäten sowie Nickel-Metallhydrit-und Lithium-Technologien analog untersucht.
12:00 - 12:30
Leistungsmessung für unterschiedliche Applikationen Jürgen Baßfeld, dataTec  
Kurze Einführung wie Leistungsmessungen von der theoretischen Seite zu behandeln sind, sowie Betrachtungen zu Parametern, die je nach Applikation gemessen werden müssen. Die jeweiligen Entscheidungskriterien, welche Messungen wie durchzuführen sind, werden im Vortrag ausführlich dargelegt. Ergänzend dazu werden unterschiedliche Messsysteme (beispielsweise Leistungs- und Energie-Recorder, Netzanalysator, 3-Kanal-Leistungsmesser) vorgestellt.
12:30 - 13:30
Mittagspause, Ausstellung
13:30 - 14:00
Jede Batterieanwendung findet seine passende Stromversorgung Steve Roberts, RECOM Engineering  
b
14:00 - 14:30
Stromversorgungen im harten Einsatz – Ruggedized und Railway Power Supplies Martin Tenhumberg, Traco Electronic
14:30 - 15:00
Effizienter Schutz von Eingang und Ausgang bei DC/DC-Wandlern Prof. Markus Rehm, IBR Ingenieurbüro Rehm  
Egal ob mal einen DC/DC-Wandler kauft oder selber entwickelt, oft denkt man an einen wirkungsvollen Schutz erst ganz am Ende - wenn überhaupt! Und man unterliegt dem großen Irrtum, dass der Nutzer die Bedienungsanleitung liest und einhält! Zuerst zeige ich kurz die Probleme auf, welche Nutzer und Umgebung verursachen können, z.B. Batterie falsch herum anschließen, zu viel Strom am Ausgang ziehen, zu wenig Kühlung, den Eingang am Ausgang anschließen, zwei Spannungsquellen parallel schalten usw. Ich zeige konkrete Lösungsmöglichkeiten für verschiedene Probleme und Anwendungen auf. Da nenne ich natürlich auch Bauteile von verschiedenen Herstellern - das soll aber keine Schleichwerbung sein. Ich werde darauf hinweisen, dass es möglicherweise auch ähnliche Bauteile von anderen Herstellern gibt. Ich werde Messungen und Simulationen zeigen. Die Lösungen hängen auch von der Anwendung ab. Darf z.B. eine Sicherung kaputt gehen - auch wenn der Nutzer selber einen Fehler gemacht hat? Muss sie der Nutzer selber austauschen können oder muss das Gerät zur Reparatur eingeschickt werden. Wie sieht es aus mit Obsoleszenz und Disponibilität, Kosten und Platzbedarf?
15:00 - 15:45
Kaffeepause, Ausstellung
15:45 - 16:15
Wärmeleitung vs. Lüfterkühlung bei Stromversorgungen Benjamin Dirmhirn, Avnet Abacus
16:15 - 16:45
Applikationsorientierte Power-Architektur am Beispiel Transport/Bahn Dr. Hans-Peter Klug, Powerbox  
An Stromversorgungslösungen für den Transport- und Bahnbereich werden immense Anforderungen gestellt aus elektrischer, mechanischer und zertifizierungstechnischer Perspektive. Die verantwortlichen Systementwickler und Produktmanger müssen dabei außerdem die langjährige Verfügbarkeit der Stromversorgung im Auge behalten, um immens aufwendige System-Rezertifizierungen zu vermeiden. Nach einigen Anmerkungen zu notwendigen Eigenschaften von bahntauglichen Stromversorgungslösungen werden Kernbausteine einer entsprechenden Architektur technisch vorgestellt und erläutert. Diese Module können die Basis für eine flexible Lösungsplattform darstellen, um für die konkrete Anwendung die Realisierung der optimalen Powerlösung mit akzeptablen Aufwand ermöglichen. Eine wichtige Motivation für den modularen Ansatz sind die immer kürzer werdenden Produkteinführungszeiten sowohl für neue Anlagen als auch die Modernisierung bzw. Überarebitung bestehender Anlagen. Kernbausteine der modularen Power Archtektur bilden zum einen AC/DC- und DC/DC -Wandlermodule, die durch entsprechende Eingangs- und Ausgangsbeschaltung eine anforderungsgerechten Powerlösung darstellen können. Hier werden konkrete Beispiele für Anwendung und Lösung gezeigt. Außerdem wird beispielhaft ein Blick auf hoch spezialisierte DC/DC Wandler geworfen, die bahnspezifische Standards EN50155, EN50121-3-2, EN 61373 und EN45545 erfüllen. In diesem Zusammenhang wird der Ultraweiteingang von 13:1 mit einem Bereich von 12VDC -160VDC als wichtige Eigenschaft einer flexiblen Powerlösung betrachtet. Mit Verwendungen derartiger Kernmodule reichen weinge Komponenten aus, um eine breite Palette an Transportanwedungen mit Strom zu versorgen. Damit kommen neue und überarbeitete Anlagen schneller auf die Schiene. Ein weiterer Aspekt bahntauglicher Powerlösungen ist die Berücksichtigung der branchenüblichen Gehäuseformen und Pinbelegungen. Die Powerlösung muß im DIN Rail Gehäuse, 19‘‘ Einschubgehäuse oder als Wandmontage je nach Anforderung verfügbar sein. Außerdem wird im Vortrag herausgearbeitet, welche kundenspezifischen Lösungen auf Basis einer modularen Power Architektur realsierbar sind. Als konkretes Beispiel wird eine Batterie Backup Lösung zur Versorgung der Signalisierung vorgstellt. Mikroprozessor gestützte Lade- und Testzyklen des Batteriesatzes ermöglichen bestmögliche Verfügbarkeit dieses Systems für den Ernstfall, dass das öffentliche Stromnetz zur Versorgung der Signalisierung ausgefallen ist.
16:45 - 17:15
Wirkungsgrad von Stromversorgungen – eine unbequeme Wahrheit Ralf Higgelke, DESIGN&ELEKTRONIK

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