Die fiktive Entwicklung und spielerische Berechnung deiner Lithium-Ionen-Zelle beginnt mit der Auswahl des Zelltyps. Du kannst zwischen 3 verschiedenen Zelltypen wählen. Durch Klicken auf den jeweiligen Button des gewünschten Zelltyps kommst Du auf die Hauptebene der App.
Die prismatische Zelle hat ein festes Metallgehäuse mit beiden Kontakten im Deckel. Zur Vereinfachung der Berechnung der Zellparameter, wird angenommen, dass die Elektroden und der Separator gestapelt werden. Gewickelte Elektrodenbahnen werden nicht betrachtet.
Die Pouch Zelle hat kein festes Ge-häuse, der Elektrodenstapel wird in spezielle Folie eingeschweißt. Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten wie die Ableiter aus der Folie herausgeführt werden. Es kann zwischen gegenüberliegender oder gleichseitiger Anordnung gewählt werden.
Eine Zeichnung (Button Sketch klicken) macht deutlich, welcher Wert gemeint ist. Bereits jetzt kannst Du dir die Energie Deiner Zelle berechnen lassen, indem Du den Button „Calculate“ klickst. Damit eine solche Berechnung möglich ist, wurden willkürliche Werte für variable Parameter definiert. Du kannst nun auf dieser Ebene 3 Parameter mit - tels Schieberegler ändern und beobachten, welchen Einfluss diese Parameter auf die Zell - energie haben. Möchtest Du deine Zelle detail - lierter beschreiben und eigene Parameter definieren, dann wechsle in Ebene 3 durch Kli - cken auf die Detail-buttons . Anschließend kehrst Du auf diese Ebene zurück. Nachdem Du alle Werte angepasst hast, wird dir die Energie der Zelle sowie die volumetri - sche Energiedichte als Ergebnis berechnet. Außerdem wird die benötigte Materialmenge oder die Energie auf Packlevel für diese Zelle berechnet. Diese Ergebnisse findest Du, wenn Du in die nächste Ebene wechselst .
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Die zylindrische Zelle hat ein festes Metallgehäuse. Die Elektroden wer - den zusammen mit dem Separator zur so genannten Jellyroll aufgewi - ckelt und in das Gehäuse eingebracht. Boden und Deckel der zylindrischen Zelle stellen die Kontakte dar.
Design Details Material amount >>
Ebene 4: Weitere Berechnungen
Ebene 5: Rohmaterialbedarf berechnen
Die Ebene 2 stellt die Hauptebene der App dar. Hier kannst Du bereits mit wenigen Einstellungen ein Ergebnis, die Energie Deiner Zelle, berechnen lassen. Zunächst musst Du hierfür die Geometrie deiner Zelle angeben. Du benötigst Höhe, Breite und Länge für die prismatische und die Pouch Zelle bzw. Höhe und Radius für die zylindrische Zelle.
Für die prismatische Zelle kann hier nun die Wandstärke des Gehäuses festgelegt werden. Da die Anbindung von den Folien an den Ableiter unterschiedlich erfolgen kann, besteht hier die Möglichkeit, zu definieren, wie die Anbindung sein soll und wie groß die Abstände sind. Auch hier zeigen Abbildungen was gemeint ist.
Auch für die zylindrische Zelle kann die Dicke des Gehäuseblechs ange - geben werden. Des Weiteren lässt sich der Abstand der Jellyroll zum Deckel angeben, der das Totvolumen beeinflusst.
Die Foliendicke der Pouchfolie kann nun festgelegt werden. Die Anbindung an den Ableiter und die Ausführung aus der Folie kann gegenüberliegend oder gleichseitig erfolgen, was hier festgelegt werden kann. Außerdem können die Abstände von Beschichtung zu Außenkante der Pouch angegeben werden.
Mittlere Zellspannung, errechnet z.b. aus Zellenergie (Wh) / Zellkapazität (Ah) Kapazitätsverlust beim ersten Laden (in der Produktion, Formierung) Dichte der Kathodenbeschichtung (Flächengewicht x Schichtdicke) Schichtdicke der Kathodenbeschichtung Anteil an Kathoden-Aktivmaterial (ohne Binder und Leitadditive) Dicke der Aluminiumfolie Spezifische Kapazität des Graphit-Anodenmaterials Verhältnis Anode zu Kathode bzw. Anodenüberschuss Dichte der Anodenbeschichtung (Flächengewicht x Schichtdicke) Gehalt an Anoden-Aktivmaterial (Graphit+Silicium, ohne Binder und Leitadditive) Dicke der Kupferfolie Separatordicke Überstände von Separator zu Anode und Anode zu Kathode (gleich groß nicht unterscheidbar)
Wenn Du alle Parameter festgelegt hast, kannst Du Dir ansehen, wie viel Material Du für Deine Zelle benötigst. Außerdem wird die Anzahl an Elektrodenlagen anhand Deiner Angaben zu Zelldicke und den Stackde - tails berechnet. Wenn Du wissen möchtest, wie hoch die Materialkosten für Deine Zelle bzw. die Einzelmaterialien sind, kannst Du Preise pro Einheit eingeben und die App berechnet Dir die Einzelkosten sowie die Summe der Zell - materialkosten. Hier werden keine weiteren Kosten (Gehäuse, Elektrolyt, Produktions - kosten, etc.) berücksichtigt, es gehen ausschließlich die genannten Materialien in die Summe ein. Zur detaillierten Berechnung der Rohmaterialmengen musst Du das Kathodenmaterial genauer beschreiben, dies kannst Du in der nächs - ten Ebene (Button klicken) tun.
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Diese Ebene dient ausschließlich der Berechnung von Rohmaterialmen - gen, die Definition des Kathodenmaterials auf dieser Ebene hat keine Auswirkung auf die anderen Ebenen. Du musst zunächst auswählen, ob du eine LFP- oder andere Metall- oxid-Kathode, wie z.B. NCM523 (Li 1 Ni 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 ), berechnen möchtest. Nach Angabe der stöchiometrischen Elementverhältnisse, kannst Du die Menge des benötigten Rohmaterials berechnen lassen. Für das aufgeführte Beispiel NCM523 müsste bei Lithium (Li) 1, bei Nickel (Ni) 0.5, bei Cobalt (Co) 0.2, bei Mangan (Mn) 0.3 und bei Sauer - stoff (O) 2 eingetragen werden. Bei LFP (Lithium-Eisenphosphat; LiFePO4) müsste zum Beispiel bei Lithium (Li) 1, bei Eisen (Fe) 1, bei Phosphor (1) 1, und bei Sauer- stoff(O) 4 eingetragen werden. Sobald du über die Bildschirmtatatur deines mobil Gerätes die „enter“ Taste betätigst wird die Berechnung durchgeführt. Auch hier wird nicht auf Plausibilität geprüft, d.h. Du kannst beispiels - weise LFP als Kathodenmaterial definieren, aber auf Ebene 2 eine höhere Kapazität angeben als theoretisch für LFP möglich ist oder eine chemisch „unsinnige“ Stöchiometrie eingeben.
Beschreibung der Ebenen
Prismatic and Pouch cell
Cylindrical cell
In den Design Details hast Du die Möglichkeit die Parameter, die Du von Deiner Zelle kennst, festzulegen und/oder Parameter zu variieren und ihren Einfluss auf die Zellenergie zu beobachten. Mit der Veränderung der Schieberegler, ändert sich direkt die Zellenergie (ganz unten auf dieser Seite). Es wird nicht auf Plausibilität geprüft, es kann also sein, dass Deine Angaben praktisch nicht umsetzbar sind oder die Kombination mancher Parameterwerte keinen Sinn macht. Du solltest also wissen, was Du tust. Wenn Du die Parameter festgelegt hast, gehst Du zurück auf Ebene 2 und kannst dort im Ergebnisbereich auf die Ebene 4, die Ausgabe der Materialmenge und die Kostenberechnung wechseln.
Ebene 3: Details festlegen Packaging Details Pouch cell Prismatic cell
Cylindrical cell
Ebene 1: Auswahl Zelltyp
Ebene 2: Zelle definieren, Ergebnis erhalten
Impressum
Kontakt
Datenschutz
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Weitere Startmöglichkeiten: Import Settings: Du hast die Möglichkeit Dir voreingestellte Parameter schicken zu lassen und diese zu importieren um mit definierten Bedingungen deine Berechnung zu starten. Hierzu musst du zunächst über „Import settings“ die gewünschte .lic-Datei auswählen. Anschließend kannst du mit der Auswahl des Zelltyps deine Berechnung starten. Reset : Falls du doch wieder mit den willkürlich von uns eingestellten Parametern starten möchtest, klicke zunächst auf „Reset“. Speichermöglichkeiten: Save: Nachdem du die Berechnungen durchgeführt hast, kannst du alle Parameter speichern um bei der nächsten Anwendung direkt wieder mit den gleichen Parametern zu starten. So kannst du z.B. immer mit den gleichen geometrischen Daten beginnen ohne diese wieder eingeben zu müssen. Falls du die App beendest ohne vorher zu speichern, beginnst du die nächste Anwendung wieder mit den zuletzt gespei - cherten Parametern oder den willkürlich von uns gesetzten Parametern, wenn du noch nie gespeichert hast. Save and share: Du hast die Möglichkeit deine eingestellten Parameter zu speichern und an jemanden zu versenden indem Du durch Klick auf „Save and share“ eine .lic-Datei erzeugst. Diese kannst du dann z.B. per Mail an einen anderen Anwender versenden, damit dieser mit deinen Parametern seine Berechnung starten kann.
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Wenn Du in den vorherigen Ebenen alle Parameter festgelegt hast, kannst Du berechnen lassen, wie hoch die Gesamtenergie eines Packs ist. Also welche Energie eine ganze Batterie hat. Zusätzlich kannst du dir die Energie deiner berechneten Zelle im Vergleich zu einer bekann - ten Zelle auf Packlevel ansehen. Hierzu gibst du einfach die Anzahl der Zellen sowie die Energie der bekannten Zelle ein. Anschließend siehst du in den Ergebnissen die Packenergie deiner und der bekannten Zelle sowie den direkten Vergleich in %. In diesem Beispiel hat ein Pack mit der berechneten Zelle also 129.3% mehr Engergie als ein Pack mit bekannter Zelle.
Beschreibung der Ebenen
Die fiktive Entwicklung und spielerische Berechnung deiner Lithium-Ionen-Zelle beginnt mit der Auswahl des Zelltyps. Du kannst zwischen 3 verschiedenen Zelltypen wählen. Durch Klicken auf den jeweiligen Button des gewünschten Zelltyps kommst Du auf die Hauptebene der App.
Die prismatische Zelle hat ein festes Metallgehäuse mit beiden Kontakten im Deckel. Zur Vereinfachung der Berechnung der Zellparameter, wird angenommen, dass die Elektroden und der Separator gestapelt werden. Gewi - ckelte Elektrodenbahnen werden nicht betrachtet.
Die Pouch Zelle hat kein festes Ge- häuse, der Elektrodenstapel wird in spezielle Folie eingeschweißt. Es gibt 2 verschiedene Möglichkeiten wie die Ab- leiter aus der Folie herausgeführt wer - den. Es kann zwischen gegenüberlie - gender oder gleichseitiger Anordnung gewählt werden.
Die zylindrische Zelle hat ein festes Metallgehäuse. Die Elektroden werden zusammen mit dem Separator zur so genannten Jellyroll aufgewickelt und in das Gehäuse eingebracht. Boden und Deckel der zylindrischen Zelle stellen die Kontakte dar.
Prismatic and Pouch cell
Cylindrical cell
Packaging Details
Prismatic cell
Pouch cell Cylindrical cell Ebene 1: Auswahl Zelltyp
Die Ebene 2 stellt die Hauptebene der App dar. Hier kannst Du bereits mit wenigen Einstellungen ein Ergebnis, die Ener - gie Deiner Zelle, berechnen lassen. Zunächst musst Du hierfür die Geometrie deiner Zelle angeben. Du benötigst Höhe, Breite und Länge für die prismatische und die Pouch Zelle bzw. Höhe und Radius für die zylindrische Zelle.
Eine Zeichnung (Button Sketch klicken) macht deutlich, welcher Wert gemeint ist. Bereits jetzt kannst Du Dir die Energie Deiner Zelle berech - nen lassen, indem Du den But - ton „Calculate“ klickst. Damit eine solche Berechnung möglich ist, wurden willkürli - che   Werte für variable Parame - ter definiert. Du kannst nun auf dieser Ebene 2 Parameter mittels Schieberegler ändern und beobachten, welchen Ein - fluss diese Parameter auf die Zellenergie haben. Möchtest Du Deine Zelle detaillierter beschreiben und eigene Parameter definieren, dann wechsle in Ebene 3 durch Klicken auf die Detail- buttons . Anschließend kehrst Du auf diese Ebene zurück. Nachdem Du alle Werte angepasst hast, wird dir die Energie der Zelle sowie die volumetrische Ener - giedichte als Ergebnis berech - net. Außerdem wird die benö - tigte Materialmenge für diese Zelle berechnet, diese Ergeb - nisse findest Du, wenn Du in die nächste Ebene wech- selst.
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Für die prismatische Zelle kann hier nun die Wandstärke des Gehäuses festgelegt werden. Da die Anbindung von den Folien an den Ableiter unterschiedlich erfolgen kann, besteht hier die Möglichkeit, zu definieren, wie die Anbindung sein soll und wie groß die Abstände sind. Auch hier zei - gen Abbildungen was gemeint ist.
Die Foliendicke der Pouchfolie kann nun festgelegt werden. Die Anbindung an den Ableiter und die Ausführung aus der Folie kann gegenüberliegend oder gleichseitig erfolgen, was hier festgelegt wer - den kann. Außerdem können die Abstände von Beschichtung zu Außenkante der Pouch angegeben werden.
Auch für die zylindrische Zelle kann die Dicke des Gehäuseblechs ange - geben werden. Des Weiteren lässt sich der Abstand der Jellyroll zum Deckel angeben, der das Totvolu - men beeinflusst.
Design Details
In den Design Details hast Du die Möglichkeit die Parameter, die Du von Deiner Zelle kennst, festzulegen und/oder Parame - ter zu variieren und ihren Einfluss auf die Zellenergie zu beobachten. Mit der Veränderung der Schieberegler, ändert sich direkt die Zellenergie (ganz unten auf dieser Seite). Es wird nicht auf Plausibilität geprüft, es kann also sein, dass Deine Angaben praktisch nicht umsetzbar sind oder die Kom - bination mancher Parameterwerte keinen Sinn macht. Du solltest also wissen, was Du tust. Wenn Du die Parameter festgelegt hast, gehst Du zurück auf Ebene 2 und kannst dort im Ergebnisbereich auf die Ebene 4, die Ausgabe der Materialmenge und die Kostenberechnung wechseln.
Ebene 4: Ergebnis erhalten, Kosten berechnen Material amount >>
Wenn Du wissen möchtest, wie hoch die Materialkosten für Deine Zelle bzw. die Einzelmaterialien sind, kannst Du Preise pro Einheit eingeben und die App berechnet Dir die Einzelkosten sowie die Summe der Zellmaterialkosten. Hier werden keine weiteren Kosten (Gehäuse, Elektrolyt, Produktions - kosten, etc.) berücksichtigt, es gehen ausschließlich die genann - ten Materialien in die Summe ein. Zur detaillierten Berechnung der Rohmaterialmengen musst Du das Kathodenmaterial genauer be- schreiben, dies kannst Du in der nächsten Ebene (Button klicken) tun.
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Wenn Du alle Parameter festgelegt hast, kannst Du Dir anse - hen, wie viel Material Du für Deine Zelle benötigst. Außerdem wird die Anzahl an Elektrodenlagen anhand Deiner Angaben zu Zelldicke und den Stackdetails berechnet.
Ebene 5: Rohmaterialbedarf berechnen
Diese Ebene dient ausschließlich der Berechnung von Rohmaterial - mengen, die Definition des Katho - denmaterials auf dieser Ebene hat keine Auswirkung auf die anderen Ebenen. Du musst zunächst auswählen, ob du eine LFP- oder andere Metall- oxid-Kathode, wie z.B. NCM523 (Li 1 Ni 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 ), berechnen möchtest.
Ebene 3: Details festlegen Ebene 2: Zelle definieren, Ergebnis erhalten
Impressum
Kontakt
Datenschutz
Nach Angabe der stöchiometrischen Elementverhältnisse, kannst Du die Menge des benötigten Rohmaterials berech - nen lassen. Für das aufgeführte Beispiel NCM523 müsste bei Lithium (Li) 1, bei Nickel (Ni) 0.5, bei Cobalt (Co) 0.2, bei Man - gan (Mn) 0.3 und bei Sauerstoff (O) 2 eingetragen werden. Bei LFP (Lithium-Eisenphosphat; LiFePO4) müsste zum Bei - spiel bei Lithium (Li) 1, bei Eisen (Fe) 1, bei Phosphor (1) 1, und bei Sauerstoff(O) 4 eingetragen werden. Sobald du über die Bildschirmtatatur deines mobil Gerätes die „enter“ Taste betätigst wird die Berechnung durchgeführt. Auch hier wird nicht auf Plausibilität geprüft, d.h. Du kannst beispielsweise LFP als Kathodenmaterial definieren, aber auf Ebene 2 eine höhere Kapazität angeben als theoretisch für LFP möglich ist oder auch grundsätzlich eine chemisch „unsinnige“ Stöchiometrie eingeben.
Mittlere Zellspannung, errechnet z.b. aus Zellenergie (Wh) / Zellkapazität (Ah) Kapazitätsverlust beim ersten Laden (in der Produktion, Formierung) Dichte der Kathodenbeschichtung (Flächengewicht x Schichtdicke) Schichtdicke der Kathodenbeschichtung Anteil an Kathoden-Aktivmaterial (ohne Binder und Leitadditive) Dicke der Aluminiumfolie Spezifische Kapazität des Graphit-Anodenmaterials Verhältnis Anode zu Kathode bzw. Anodenüberschuss Dichte der Anodenbeschichtung (Flächengewicht x Schichtdicke) Gehalt an Anoden-Aktivmaterial (Graphit+Silicium, ohne Binder und Leitadditive) Dicke der Kupferfolie Separatordicke Überstände von Separator zu Anode und Anode zu Kathode (gleich groß nicht unterscheidbar)
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Pack calculation
Wenn Du in den vorherigen Ebe - nen alle Parameter festgelegt hast, kannst Du berechnen las - sen, wie hoch die Gesamtener - gie eines Packs ist. Also welche Energie eine ganze Batterie hat. Zusätzlich kannst du dir die Energie deiner berechneten Zelle im Vergleich zu einer bekannten Zelle auf Packlevel ansehen. Hierzu gibst du einfach die Anzahl der Zellen sowie die Energie der bekannten Zelle ein.
Anschließend siehst du in den Ergebnissen die Packenergie deiner und der bekannten Zelle sowie den direkten Vergleich in %. In diesem Beispiel hat ein Pack mit der berechneten Zelle also 129.3% mehr Engergie als ein Pack mit bekannter Zelle.
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Weitere Startmöglichkeiten: Import Settings: Du hast die Möglichkeit Dir voreingestellte Parameter schi - cken zu lassen und diese zu importieren um mit definierten Bedingungen deine Berechnung zu starten. Hierzu musst du zunächst über „Import settings“ die gewünschte .lic-Datei auswählen. Anschließend kannst du mit der Auswahl des Zelltyps deine Berechnung starten. Reset : Falls du doch wieder mit den willkürlich von uns eingestellten Parametern starten möchtest, klicke zunächst auf „Reset“. Speichermöglichkeiten: Save: Nachdem du die Berechnungen durchgeführt hast, kannst du alle Parameter speichern um bei der nächsten Anwendung direkt wieder mit den gleichen Parametern zu starten. So kannst du z.B. immer mit den gleichen geometrischen Daten beginnen ohne diese wieder eingeben zu müssen. Falls du die App beendest ohne vorher zu speichern, beginnst du die nächste Anwendung wieder mit den zuletzt gespei - cherten Parametern oder den willkürlich von uns gesetzten Parametern, wenn du noch nie gespeichert hast. Save and share: Du hast die Möglichkeit deine eingestellten Parameter zu speichern und an jemanden zu versenden indem Du durch Klick auf „Save and share“ eine .lic-Datei erzeugst. Diese kannst du dann z.B. per Mail an einen anderen Anwender ver - senden, damit dieser mit deinen Parametern seine Berech - nung starten kann.
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