Der Versuchsaufbau soll Messdaten und Erkenntnisse über die gesamten hochkomplexen Vorgänge von Batterienkomponenten unter Crashbelastung liefern.
Lunghammer / TU Graz
In dem auf vier Jahre angelegten und nun gestarteten Projekt SafeBattery untersucht die TU Graz zusammen mit den Industriepartnern Audi, AVL List, Daimler, Kreisel Electric, Porsche, Steyr Motors und SFL Technology, wie sich Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen bei Unfällen im Detail verhalten. Darüber hinaus sollen die Untersuchungen nicht nur mit aktuellen Li-Ion-Akkus mit flüssigen Elektrolyten, sondern auch mit künftigen Feststoffbatterien durchgeführt werden.
Batterien haben ein Vorleben
In dem Forschungsprojekt soll das mechanische, elektrochemische und chemisch-thermodynamische Verhalten von Einzelzellen und Einzelmodulen auf Lithiumbasis unter Crashbelastungen im Zentrum stehen. Dabei untersuchen die Forschenden Komponenten mit unterschiedlichem Vorleben, denn "die Sicherheit muss nicht nur bei neuen Batterien in jedem Fall gewährleistet sein, sondern auch bei Traktionsbatterien in Fahrzeugen, die schon ein bestimmtes Maß an Vibrationen, an eventuellen leichten mechanischen Belastungen infolge leichter Unfälle und an kalendarischer Alterung beziehungsweise zyklischer Alterung hinter sich haben", erklärt Wolfgang Sinz vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. Auch andere Einflussfaktoren auf das Batterieverhalten im Crashfall sollen genau unter die Lupe genommen werden, wie der Ladezustand oder die Temperatur.
Das "SafeBattery"-Team will die Grenzen der Batterienzelle ausloten, um in weiterer Folge Parameter zu definieren, die dazu genutzt werden, dass diese Grenzen in der Praxis niemals überschritten werden.
Crash-Prüfstand mit maßgeschneiderter Mess- und Sensortechnik
In der institutseigenen Crashtesthalle hat das Team eigens entwickelte Prüfstande mit maßgeschneiderten Mess- und Sensortechnologien für verschiedene Crashszenarien für Batterien und deren Komponenten aufgebaut. Dazu kommen numerische Berechnungsverfahren und Simulationen, um die multiphysikalischen Vorgänge besser zu verstehen. Ergebnis sei ein umfassendes Wissen über das Verhalten von Traktionsbatterien unter Crashbelastungen, das als Basis genutzt werden könne, um Antriebsbatterien noch optimaler in das jeweilige Fahrzeugkonzept sicher zu integrieren, erklären die Forscher. Mit diesem Wissen ließen sich kritische Zustände von Batterien schon in der Entwicklung, aber auch im Betrieb frühzeitig erkennen und durch spezifische Maßnahmen vermeiden. Zusätzlich seien Zellhersteller interessiert an gezielten Anforderungsspezifikationen. „Wir wollen mit den gewonnen Erkenntnisse dazu beitragen, mehr Spielraum für die Reichweite und das Fahrzeugdesgin bei stets gewährleisteter Sicherheit zu erreichen“, fasst Sinz zusammen.
Blick auch auf künftige Feststoffbatterien
Ein weiterer Fokus des Projekts: Gemeinsam mit dem Institut für Chemische Technologien von Materialien der TU Graz werden die Untersuchungen nicht nur für State-of-the-Art-Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyten durchgeführt, sondern auch mit der nächsten Generation an Lithium-Batterien mit All-Solid-State-Elektrolyten. "Uns interessiert hier, ob die kommende Generation an Antriebsbatterien einige Mankos der derzeitigen Systeme gar nicht mehr aufweist oder vielleicht neue, andere Schwachstellen mit sich bringt", sagt Sinz.