Physikalisches Modell für Starterbatterien zur Bordnetz-Simulation von Kraftfahrzeugen

Ein Modell für Starterbatterien sollte besonders die physikalische Struktur der Batterie abbilden, so daß die Simulationsergebnisse gut interpretierbar sind. Dabei weisen Zustandsmodelle besondere Vorteile auf, da sie unter gängigen Simulationsumgebungen leicht implementiert werden können. Ein Modell für Starterbatterien muß neben der Entladung auch das Verhalten beim Laden und beim Überladen und bei schnellen Lastwechseln nachbilden. In der Abteilung Regelungstechnik des Instituts für Solare Energieversorgungstechnik, Kassel, wurde in den letzten Jahren ein Modell für Bleiakkumulatoren entwickelt, das diesen Anforderungen weitgehend gerecht wird. Es läßt sich in der Struktur einer elektrischen Ersatzschaltung darstellen und wurde besonders zur Verwendung in automatischen Zustandsüberwachungs- und Fehlerdiagnosesystemen konzipiert. Es läßt sich darüber hinaus aber auch zur Systemauslegung und zur Zellentwicklung nutzen. Zur Simulation von Starterbatterien wurde das Modell leicht modifiziert. Zur Simulation einer ausgewählten Batterie sind lediglich einige geometrische Parameter, Stoffmengenparameter und Porositätsparameter notwendig. Zu diesen Parametern gehören z.B. die Höhe, Breite, Dicke und Anzahl der Platten, der Plattenabstand, die Massen der aktiven und passiven Substanzen sowie die Porosität der Elektroden und Separatoren im geladenen Zustand der Zellen. Diese Daten sind bei den Herstellern von Starterbatterien im allgemeinen gut bekannt und lassen sich im Prinzip ohne großen Aufwand zu Verfügung stellen. Diese physikalisch begründeten Modelle bieten nicht nur Vorteile bei der rechnergestützten Auslegung von Bordnetzen, sondern auch bei der Untersuchung von Alterungs- und Fehlerproblemen. So kann beispielsweise im mathematischen Modell der Bleibatterie die zunehmende Antimonvergiftung der negativen Elektrode durch eine erhöhte Standardaustauschstromdichte der Wasserstoffentwicklung an dieser Elektrode nachgebildet werden.