Schwerpunkte

Batterien für E-Autos gezielt belasten

TU Graz und AVL starten Battery Safety Center Graz

26. Oktober 2020, 14:30 Uhr   |  Stefanie Eckardt

TU Graz und AVL starten Battery Safety Center Graz
© TU Graz

In den Klimakammern am BSCG werden Batteriesysteme während des Lade- und Entladevorgangs auf Herz und Nieren geprüft.

Die TU Graz und AVL starten mit dem Battery Safety Center Graz ein neues Forschungszentrum, das 2021 offiziell eröffnet wird. Ziel: Batterien für E-Fahrzeuge an ihre Belastungsgrenzen führen und dabei wertvolle Daten zur Sicherheit von zukünftigen elektrischen Energiespeichersystemen generieren.

Im Fokus der neuen Forschungseinrichtung an der TU Graz stehen zwei Themenbereiche: das definierte Altern von Batterien zur Analyse des Langzeitverhaltens und das Verhalten von geladenen Batterien unter mechanischer Belastung allgemein und bei Unfällen im Speziellen.

Das Battery Safety Center Graz stellt moderne Prüfstandstechnik für anspruchsvolle Forschungsprojekte und zukunftsgerichtete Lehre im Bereich Batteriensicherheit zur Verfügung. Der wesentliche Teil der Testinfrastruktur sowie die Gebäudeinfrastruktur selbst kommen von der TU Graz, AVL bringt sich mit drei Klimakammern für elektro-thermische Tests in die Kooperation ein. Insgesamt haben beide Kooperationspartner knapp 9 Millionen Euro investiert, davon entfallen 5 Millionen Euro auf den Bau und die Grundinfrastruktur.

Auf insgesamt 550 m2 Laborfläche mit Technikumfeld finden am Battery Safety Center Graz eine elektro-thermische sowie eine mechanische Testumgebung Platz. AVL steuert zur elektro-thermischen Testumgebung drei idente Klimazellen mit je knapp 17 m3 für elektrische Batterietests bei. In den Klimakammern werden  Batteriesysteme während des Lade- und Entladevorgangs bei –40 bis 90 °C geprüft. Dabei lassen sich die Batterien durch individuell programmierbare Zyklen gezielt altern und man bekommt detaillierte Informationen zur Analyse der Batterieperformance. Ein hervorstechender Punkt dabei ist der Parallelbetrieb der drei Klimakammern. Damit kann die Energie des Entladevorgangs in einer Kammer gleichzeitig zum Laden einer Batterie in einer anderen Kammer verwendet werden – ein wesentlicher Beitrag für eine nachhaltigere und ressourcenschonendere Batterieforschung. Rund die Hälfte der Kapazitäten der Klimakammern ist für gemeinsame Projekte von TU Graz und AVL vorgesehen. Die andere Hälfte steht der TU Graz für Eigenforschungszwecke, Lehre und Forschungsprojekte mit anderen Kooperationspartnern zur Verfügung.

Darüber hinaus sind im Battery Safety Center Graz neue mechanische Testmöglichkeiten gegeben, darunter eine eigens am Institut entwickelte dynamische Crash-Anlage für geladene Batterien. Auf einer Länge von knapp 20 m können – mit einer Maximalgeschwindigkeit von mehr als 100 km/h – zwei Versuchsvarianten gefahren werden: erstens mit einer auf dem Prüfschlitten montierten Batterie, die extrem beschleunigt und abgebremst wird, und damit Kräften bis zum Dreihundertfachen des Batteriegewichts ausgesetzt ist. Und zweitens mit einer am Crash-Block befestigten Batterie, die von einem am Prüfschlitten montierten Impaktor  gezielt getroffen wird.

Auch die Sicherheitseinrichtung des gesamten Crashbereiches wurde am Institut selbst entwickelt. Sie besteht aus einem 150 t schweren und vom Gebäude entkoppelten Crash-Block mit integriertem Ventilationssystem. Spezielle Sensoren erfassen sämtliche relevante Daten über den Zustand der Batterie während einer Versuchsdauer, die teilweise nur wenige ms ist. Mehrere Highspeed-Kameras sowie eine eigens konzipierte Lichttechnik liefern hochaufgelöstes Bild- und Videomaterial zur detaillierten Analyse des Batteriesystems während des Versuchs. 

Für weitere mechanische Belastungstests steht im Forschungszentrum ein hydraulischer Prüfstand namens Presto 420 für quasistatische, also extrem langsame und Versuchsgeschwindigkeiten zur Verfügung, wiederum selbst konzipiert am Institut für Fahrzeugsicherheit der Universität. Die Forschenden interessiert hierbei vor allem das teilweise sehr unterschiedliche Verhalten von Batterien aufgrund der Belastungsgeschwindigkeit. Geladene und ungeladene Batteriemodule, Batteriezellen und Zell-Stapel können mit einer maximalen Druckkraft von 420 kN belastet werden.

Weiterhin bietet das Battery Safety Center Graz Batman, Robin und Riddler zum Laden, Entladen und Entsorgen. Dabei handelt es sich um eine Ladeeinheit zum schnellen Laden und Entladen von Batterien bei gleichzeitiger Temperaturerfassung, eine Einspannungsvorrichtung für das Laden und Entladen unter kontrollierter mechanischer Vorspannung sowie einem speziellen Batteriearbeitsplatz mit integriertem Abzugs- und Flutungssystem. Hier werden Batteriemodule und -zellen nach den Belastungen auf den diversen Prüfständen unter höchsten Sicherheitsvorkehrungen zerlegt und für eine fachgerechte Entsorgung vorbereitet.

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