Elektromobilität: Battery LabFactory Braunschweig goes China

Die Technische Universität Braunschweig und die Tongji Universität in Shanghai entwickeln gemeinsam Prüf- und Standardisierungsverfahren für Batterien, um den Einsatz von Akkus in Elektrofahrzeugen zu optimieren. Das Projekt „BaSS“ (Batterie-Sicherheits-Standardisierung), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit einer Million Euro gefördert wird, ist jetzt gestartet.

Mit zunehmender Etablierung der Elektromobilität steigt der Bedarf nach leistungsfähigeren Fahrzeugen. Die Batterie ist dabei die Schlüsselkomponente. Zukünftig werden größere Energiemengen auf möglichst geringem Raum angeordnet. Sogenannte Pouchzellen, die vergleichsweise dicht gepackt werden können, sind zum Aufbau eines bauraumoptimierten Batteriespeichers geeignet. Allerdings bieten Zellhersteller eine Vielzahl an unterschiedlichen Formaten an, was eine effiziente und nachhaltige Gestaltung beeinträchtigt. Zusätzlich erschweren länderspezifische Zulassungsanforderungen eine einheitliche Batteriekonfiguration über alle Märkte hinweg.

Ziel der Kooperation der TU Braunschweig mit dem chinesischen Partner ist neben der Entwicklung neuer Zellkomponenten die Standardisierung von Formaten und Sicherheitsprüfverfahren. Gemeinsam wollen sie die derzeitige Bewertung der Sicherheit von einzelnen Zellen, Zellverbünden und kompletten Speichersystemen vereinheitlichen.

Weniger Tests nötig
Einer der Versuche, der gemeinsam betrachtet wird, ist der „Nail-Penetration-Test“, der das Verhalten einer Zelle infolge mechanischer Beschädigungen oder fehlerhafter Produktion verdeutlicht. Das Prüfverfahren simuliert durch das Einstechen eines Nagels in die geladene Zelle einen lokalen Kurzschluss. Dieser führt zur Freisetzung der gespeicherten Energie. Insbesondere die ablaufenden exothermen chemischen Reaktionen zwischen den verschiedenen Zellbestandteilen können zu einem selbst verstärkenden Wärme produzierenden Prozess (Thermal Runaway) führen. In Verbindung mit hochentzündlichen Elektrolyten können daraus Brände oder sogar Explosionen, die die Zelle zerstören, entstehen.

Für dieses und andere Testszenarien bestehen verschiedene nationale und internationale Normen mit unterschiedlichen Testkonfigurationen. Daraus resultieren langwierige Zulassungsverfahren, die sowohl die Entwicklungszyklen neuer Batteriegenerationen als auch deren Kosten steigern. Im BaSS-Projekt soll ein einheitliches Zertifizierungsverfahren entwickelt werden, das durch eine Harmonisierung verschiedener Testkonfigurationen mit weniger Tests auskommt.

Einheitliches Gefahrenminimum
Die platzsparende Anordnung von Pouchzellen und leistungsstärkere Zellkomponenten ermöglichen in Elektrofahrzeugen immer höhere Energiekapazitäten. Dies steigert das Gefahrenpotenzial und macht aktive Sicherheitsmechanismen nötig. Teil des Standardisierungsprozesses ist deshalb für die Forscher, durch geeignete Produktionsverfahren und Sicherheitsmechanismen die Gefahren auf ein einheitliches Minimum zu reduzieren. Denn der Brand einer einzelnen Zelle kann sich auf das Gesamtfahrzeug ausweiten, wodurch erhebliche Gefahren für die Insassen entstehen.

Normungsvorbereitung für Pouchzellen
Parallel zu den Standardisierungsbestrebungen entwickeln beide Forschungspartner Zellkomponenten für künftige Standard-Pouchzellen mit einheitlichen Formaten und zusätzlichen Sicherheitsmechanismen. Eine Normungsvorbereitung für den europäischen und chinesischen Markt kann Entwicklungszyklen beschleunigen und so den Weg für leistungsfähigere und kostengünstigere Elektrofahrzeuge bereiten. Die Forscher arbeiten eng mit den Normungsgremien VDE/VDI zusammen, deren Aufgabe die Entwicklung und Etablierung neuer Normen ist.

Mehr dazu: hier

Reaktionsaufnahmen einer Batteriezelle infolge eines Nail‐Penetration‐Tests