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Batteriesystemtechnik

Modulbezeichnung:
Bezeichnung des Moduls innerhalb des Studiengangs. Sie soll eine präzise und verständliche Überschrift des Modulinhalts darstellen.
Batteriesystemtechnik
Modulbezeichnung (engl.): Battery System Technology
Studiengang:
Studiengang mit Beginn der Gültigkeit der betreffenden ASPO-Anlage/Studienordnung des Studiengangs, in dem dieses Modul zum Studienprogramm gehört (=Start der ersten Erstsemester-Kohorte, die nach dieser Ordnung studiert).
Wirtschaftsingenieurwesen, Bachelor, ASPO 01.10.2013
Code: WIBASc-525-625-Ing29
SAP-Submodul-Nr.:
Die Prüfungsverwaltung mittels SAP-SLCM vergibt für jede Prüfungsart in einem Modul eine SAP-Submodul-Nr (= P-Nummer). Gleiche Module in unterschiedlichen Studiengängen haben bei gleicher Prüfungsart die gleiche SAP-Submodul-Nr..
P450-0361
SWS/Lehrform:
Die Anzahl der Semesterwochenstunden (SWS) wird als Zusammensetzung von Vorlesungsstunden (V), Übungsstunden (U), Praktikumsstunden (P) oder Projektarbeitsstunden (PA) angegeben. Beispielsweise besteht eine Veranstaltung der Form 2V+2U aus 2 Vorlesungsstunden und 2 Übungsstunden pro Woche.
1V+1U (2 Semesterwochenstunden)
ECTS-Punkte:
Die Anzahl der Punkte nach ECTS (Leistungspunkte, Kreditpunkte), die dem Studierenden bei erfolgreicher Ableistung des Moduls gutgeschrieben werden. Die ECTS-Punkte entscheiden über die Gewichtung des Fachs bei der Berechnung der Durchschnittsnote im Abschlusszeugnis. Jedem ECTS-Punkt entsprechen 30 studentische Arbeitsstunden (Anwesenheit, Vor- und Nachbereitung, Prüfungsvorbereitung, ggfs. Zeit zur Bearbeitung eines Projekts), verteilt über die gesamte Zeit des Semesters (26 Wochen).
3
Studiensemester: 5
Pflichtfach: nein
Arbeitssprache:
Englisch
Prüfungsart:
Klausur (50%) und Projektarbeit (50%)

[letzte Änderung 04.10.2021]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
Alle Studienprogramme, die das Modul enthalten mit Jahresangabe der entsprechenden Studienordnung / ASPO-Anlage.

WIBASc-525-625-Ing29 (P450-0361) Wirtschaftsingenieurwesen, Bachelor, ASPO 01.10.2013 , 5. Semester, Wahlpflichtfach

geeignet für Austauschstudenten mit learning agreement
Arbeitsaufwand:
Der Arbeitsaufwand des Studierenden, der für das erfolgreiche Absolvieren eines Moduls notwendig ist, ergibt sich aus den ECTS-Punkten. Jeder ECTS-Punkt steht in der Regel für 30 Arbeitsstunden. Die Arbeitsstunden umfassen Präsenzzeit (in den Vorlesungswochen), Vor- und Nachbereitung der Vorlesung, ggfs. Abfassung einer Projektarbeit und die Vorbereitung auf die Prüfung.

Die ECTS beziehen sich auf die gesamte formale Semesterdauer (01.04.-30.09. im Sommersemester, 01.10.-31.03. im Wintersemester).
Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst bei 15 Semesterwochen 30 Veranstaltungsstunden (= 22.5 Zeitstunden). Der Gesamtumfang des Moduls beträgt bei 3 Creditpoints 90 Stunden (30 Std/ECTS). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 67.5 Stunden zur Verfügung.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
WIBASc145 WIBASc145 - Physik
WIBASc435 WIBASc435 - Thermodynamik
WIBASc445 WIBASc445 - Elektrotechnik


[letzte Änderung 24.01.2022]
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
Modulverantwortung:
Prof. Dr. Frank Ulrich Rückert
Dozent:
Prof. Dr. Frank Ulrich Rückert


[letzte Änderung 04.10.2021]
Lernziele:
Die Studierenden verfügen nach erfolgreichem Abschluss des Moduls über grundlegende Kenntnisse zu physikalischen Grundlagen und Systemtechnik von Batteriespeichern. Themen der Werkstoffauswahl, Elektrochemie und Thermodynamik werden erläutert. Weiter wird die Methodik der Modellierung und Simulation von Batteriezellen in Bezug auf Elektrolytbewegung, Laden und Entladen geschult. Die Vorlesung behandelt hierzu aktueller Anwendungen, wie Batteriesysteme für Elektromobilität oder Smart-Phone. Dazu zählen neben Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) und Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan-(NCM)-Batterien, auch neuartige kobaltfreie Batterien (NMX). Die Produktionsverfahren und die Qualitätssicherung bei der Herstellung werden dargestellt.

[letzte Änderung 24.01.2022]
Inhalt:
Es wird auf spezielle Batteriedesigns in den bekannten Bauformen prismatisch, zylindrisch und pouch eingegangen.
 
Inhalte sind:
 - Elektrochemie und Thermodynamik
 - Werkstoffe und Wärmetransportvorgänge
 - thermisches Management und thermisches Verhalten von Batterien
 - auftretende Verlustleistungen, Alterung und mögliche Defekte
 - Batterieintegration, Anwendungen und Auslegung für Fahrzeuganwendungen
 - Lade- und Entladeverhalten (Butler-Volmer Gleichung) und SOC (state-of-charge)
 - Batterie Monitoring, Batteriemanagement und Batteriecharakterisierung
 - Stationäre Anwendungen und Materialthemen
 - Produktionsprozess und Qualitätsmanagement
 
Es wird das nutzerfreundliche Simulationstools Matlab/Simulink vorgestellt und anhand eines Diffusionsproblems sowie eines Batteriemodells die grundlegende Handhabung von Matlab erläutert. (einfache Bedienung; Vorkenntnisse sind nicht notwendig.) Die resultierenden technischen Lösungen sowie mögliche Designalternativen sollen in der Gruppe gemeinsam diskutiert werden und in einer Projektarbeit vorgestellt werden.

[letzte Änderung 24.01.2022]
Weitere Lehrmethoden und Medien:
Als Lehrmethode wird eine hybride Vorlesung und Übung angeboten. Während der Lehrveranstaltung arbeiten die Studierenden in Teams eigenständig an der Auslegung eines Batteriespeichers. Hierzu wird jedes Team die Simulationsrechnungen mit dem Batteriemodell durchführen und die Ergebnisse in einer Projektarbeit dokumentieren. Die Studierenden sollten die Thematik selbständig auch auf eigene Batteriedesigns übertragen können.
 
Die Studierenden erweitern durch Abschluss des Moduls ihre Fähigkeit:
 - Studierende können in Kleingruppen diskutieren und einen Lösungsweg erarbeiten
 - Studierende können eigenständig Aufgaben definieren, hierfür notwendiges Wissen aufbauen und umsetzen
 - Studierenden beherrschen das in der Industrie gebräuchlichen Softwaretool Matlab/Simulink
 - Verantwortung im Team übernehmen und sich mit Fachleuten über Problemstellungen austauschen.
 
Fach- und Methodenkompetenz 60%, Sozialkompetenz 15%, Selbstkompetenz 25%
 
Die Batteriezelle wird in einer Projektarbeit von verschiedenen Teams auf Basis des Softwaretools Matlab/Simulink ausführlich untersucht. Wissensfragen und Übungsaufgaben werden in einer Klausur abgefragt.


[letzte Änderung 24.01.2022]
Sonstige Informationen:
Skript & Leitfaden zur Vorlesung / Beamer / Folien / online auf moodle
Simulationsübungen im PC Pool mit Matlab/Simulink
 
Durch das gelegentliche kritische Lesen und Diskutieren von Fachaufsätzen wird an das wissenschaftliche Arbeiten herangeführt.


[letzte Änderung 24.01.2022]
Literatur:
Schäper, C., Sauer, U. 12. Batteriesystemtechnik. MTZ Motortechnik Z 74, 416–421 (2013). https://doi.org/10.1007/s35146-013-0106-6


[letzte Änderung 24.01.2022]
[Tue Jan 31 07:23:00 CET 2023, CKEY=wbb, BKEY=wi2, CID=WIBASc-525-625-Ing29, LANGUAGE=de, DATE=31.01.2023]