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Open Access
Measuring test bench with adjustable thermal connection of cells to their neighbors and a new model approach for parallel-connected cells
(2019) Fill, Alexander; Mader, Tobias; Schmidt, Tobias; Llorente, Raphael; Birke, Kai Peter
This article presents a test bench with variable temperature control of the individual cells connected in parallel. This allows to reconstruct arising temperature gradients in a battery module and to investigate their effects on the current distribution. The influence of additional contact resistances induced by the test bench is determined and minimized. The contact resistances are reduced from 𝑅Tab+=81.18 μΩ to 𝑅Tab+=55.15 μΩ at the positive respectively from 𝑅Tab-=35.59 μΩ to 𝑅Tab-=28.2 μΩ at the negative tab by mechanical and chemical treating. An increase of the contact resistance at the positive tab is prevented by air seal of the contact. The resistance of the load cable must not be arbitrarily small, as the cable is used as a shunt for current measurement. In order to investigate their impacts, measurements with two parallel-connected cells and different load cables with a resistance of 𝑅Cab+=0.3 mΩ, 𝑅Cab+=1.6 mΩ and 𝑅Cab+=4.35 mΩ are conducted. A shift to lower current differences with decreasing cable resistance but qualitatively the same dynamic of the current distribution is found. An extended dual polarization model is introduced, considering the current distribution within the cells as well as the additional resistances induced by the test bench. The model shows a high correspondence to measurements with two parallel-connected cells, with a Root Mean Square Deviation (RMSD) of 𝜉RMSD=0.083 A.
Open Access
Mechanische Eigenschaften und Mikrostruktur epitaktischer Ag/Ni-Multilagenschichten
(2007) Schmidt, Tobias; Arzt, Eduard (Prof. Dr. phil.)
Um den immer höheren technischen Anforderungen an neue Materialien gerecht zu werden, ist es erforderlich, das Grundlagenwissen über dünne Schichten oder Multilagenschichten ständig zu erweitern. Diese Arbeit untersucht erstmals die Mikrostruktur und das mechanische Verhalten dünner epitaktischer Ag/Ni Multilagenschichten. Bisherige Untersuchungen wurden nur an polykristallinen Multilagenschichten oder epitaktischen Einzelschichten durchgeführt. Die Herstellung der epitaktischen Ag/Ni-Multilagenschichten auf (111) orientierten Si Substraten wurde unter Ultrahochvakuum (UHV) mit Hilfe eines Kathodenzerstäubungsverfahrens durchgeführt. Die Dicke der alternierend aufgebrachten Ag- und Ni-Lagen variiert zwischen 100 und 400 nm, während die Gesamtdicke der Multilagenschichten zwischen 200 und 800 nm liegen. Die Härte und die Fließspannungen der Ag/Ni-Multilagen wurden mit einem Nanoindentationsverfahren, der Substrat Krümmungs-Methode und einer röntgenographischen Dehnungsermittlung bestimmt. Die Härte der Multilagenschichten nimmt Werte an, die zwischen 1,5 und 2,0 GPa liegen. Die Einzelschichten haben eine Härte von 0,5 GPa für Ag und 1,8 GPa für Ni. Die ermittelten Fließspannungen der Ag/Ni Multilagenschichten variieren zwischen 350 und 800 MPa; die Spannungen der Einzelschichten liegen für Ag bei 100 MPa, für Ni bei 450 MPa. Sowohl die Härte als auch die Fließspannungen nehmen mit kleiner werdenden Lagendicken zu. HRTEM-Untersuchungen und in situ TEM-Versuche haben gezeigt, dass die Ag/Ni Grenzflächen semi-kohärent sind und unabhängig von der Lagendicke als Quellen und Senken für Versetzungen dienen. Dort gebildete Halbringe führen zu Threading-Versetzungen, wenn sie mit gegenüberliegenden Versetzungen oder Grenzflächen kombinieren. Eine Transmission der Versetzungen durch eine Grenzfläche wurde nicht beobachtet. Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden mit verschiedenen Modellen, die sich mit der Festigkeit in dünnen Schichten und Mulitlagenschichten beschäftigen, verglichen. Die bedeutendsten sind das Modell von Nix-Freund, das Quellenmodell nach von Blanckenhagen und das Hall-Petch-Modell.
Open Access
Tragverhalten von Ankerschienen unter Querlast in Schienenlängsrichtung
(2017) Schmidt, Tobias; Hofmann, Jan (Prof. Dr.-Ing.)
Ankerschienen können Zugbeanspruchungen sowie Querbeanspruchungen senkrecht zu Schienenachse und in Schienenlängsrichtung über die am Schienenkörper unverschieblich befestigten Anker in den Beton einleiten. Für die Lastrichtungen Zug und Querlast senkrecht zur Schienenlängsachse stehen bereits Lastverteilungsansätze zur Verfügung. Für Ankerschienen unter Querlast in Schienenlängsrichtung wird in der vorliegenden Arbeit das Lastabtragsverhalten bzw. die Verteilung auf die an der Lastabtragung beteiligten Anker geklärt und ein Ingenieurmodell zur Ermittlung der auftretenden Lastanteile vorgestellt.