Testen

Lithium-Ionen Batterien haben sich in den vergangenen Jahren in vielen Bereichen des mobilen Lebens wie bei Laptops und Handys durchgesetzt. Bei Erhöhung der Energiedichte ist hier jedoch das technologieimmanente Sicherheitsrisiko einer Überladung und eventuellen Zerstörung der Batterie zu berücksichtigen. Deshalb werden Materialien und Konzepte mit deutlich verbesserter Sicherheitscharakteristik entwickelt. Lithium-Polymer-Batterien lassen sich so beispielweise mithilfe spezieller Laderegler vor Überladung schützen. Welcher Typ Lithium-Polymer-Batterie einmal den Weg in ein Fahrzeug findet ist heute noch nicht geklärt. Aufgrund ihrer Folienbauweise sind hierfür Lithium-Polymer-Batterien sehr interessant, für die die gesamte Prozesskette abgebildet werden kann.

Neben der Material und Systementwicklung liegt ein weiterer Schwerpunkt in der Auslegung und Durchführung verschiedener Performance- und Sicherheitstests gekoppelt mit entsprechenden Analyseverfahren.

Der Hochvolt-Energiespeicher ist ein wesentliches Kernelement von Elektro- und Hybridfahrzeugen. Heutige Konzepte umfassen schwerpunktmäßig (Lithium-Ionen-) Batteriesysteme, wobei in Zukunft auch der hybride Einsatz von Batteriezellen und Kondensatoren vorstellbar ist. Des Weiteren besitzt die Brennstoffzellentechnologie ein großes Potential, beispielsweise in Kombination mit Batteriesystemen zur Steigerung der Reichweite.

Das Testen und Prüfen der Energiespeichersysteme ist ein immanent wichtiger Schritt in der fahrzeugtechnischen Entwicklungskette. Aufgrund der vielschichtigen Fragestellungen ist eine große Anzahl unterschiedlicher Attribute zu bewerten und zu verifizieren, z.B.

• das elektrische Lade- und Entladeverhalten,
• die elektro-chemische Lebensdauer von Zellen,
• das Verhalten unter Unfallbedingungen (u.a. Crash, Schock, Intrusion, Brand) sowie
• die Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit im Betrieb.

Je nach konkreter Fragestellung werden hierzu Untersuchungen auf der Zell-, Modul- oder Systemebene vorgenommen.

Vernetzte Dienstleistung – ganzheitliche Test- und Prüfmöglichkeiten

Mit dem Leistungszentrum vernetzen die Institute der Fraunhofer-Allianz Batterien gezielt ihre Kompetenzen im Bereich der elektrochemischen Energiespeicher. Das Ergebnis ist eine übergreifende und ganzheitliche Dienstleistung, welche nahezu jeden Aspekt des Tests und der Prüfung von Energiespeichern abdeckt. 
Einen Schwerpunkt bilden moderne Traktionsbatterien – von der Zelle über die Module bis hin zum Gesamtsystem. 
Nutzen Sie dieses Kompetenz-Portfolio für Ihre Applikation!

Die Partner des Leistungszentrums decken verschiedene Aspekte des Tests und der Prüfung von Energiespeichern ab, welche in der Summe eine ganzheitliche Gesamtkompetenz ergeben:

• Das Fraunhofer EMI ist Partner der Industrie für Fahrzeugsicherheit, Impact- und Crashforschung und federführend im Bereich Sicherheitsforschung.
• Am Fraunhofer ICT werden Batteriesysteme und deren Zelldesign bewertet. Abuse-Untersuchungen werden auf Zell- und Modulebene durchgeführt. Schadens- und Post-Mortem-Analysen runden das Portfolio ab.
• Fraunhofer ISE hat jahrzehntelange Erfahrung im Bereich der Batteriesystemtechnik (Aufbau von Batteriemodulen und Systemen, Entwicklung von Batteriemanagementsystemen) und der Batterietests (Performance und Alterungstests) sowie der Modellierung und Simulation von Batterie- und Energiesystemen.
• Fraunhofer LBF ist ausgewiesener Partner der Industrie im Bereich der Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit. Die Aktivitäten reichen von der Lastdatenanalyse über geeignete Prüfmethoden bis hin zur Versuchszeitverkürzung für Energiespeichersysteme.

Das Dienstleistungsportfolio deckt heutige Standardtests und -prüfungen ab, beinhaltet jedoch auch entsprechende Möglichkeiten für Sonderversuche. Die Aktivitäten des Leistungszentrums umfassen in diesem Zusammenhang auch die Definition bzw. Entwicklung entsprechender Test- und Prüfprogramme. Darüber hinaus bietet das 

Leistungszentrum auch Beratungsdienstleistungen zu der Thematik und weiterführende Kompetenzen zu Forschung und Entwicklung in diesem Bereich.
Im Einzelnen können folgende Untersuchungen realisiert werden:

• UN Transport Tests
• Freedom Car Tests
• Sicherheitstests an Zellen, Modulen und Batteriepacks
• Analysen mit verschiedenen Verfahren, z.B. CT
• Werkstoffcharakterisierung
• Belastungs- und Beanspruchungstests
• Tests nach gängigen Normen und Standards (IEC, DIN, PVGAP, …)
• frei programmierte Testzyklen
• Alterungstests
• Betriebsfestigkeits- und Systemzuverlässigkeitsprüfung von Batteriesystemen, 
  inkl. Aufbau und Verbindungstechnik
• Gehäuse und Lagerung
• Elektronik
• Kühlsysteme und -elemente

Fraunhofer EMI:

Crash-Lab: Drei Versuchseinrichtungen für den Bereich Fahrzeugsicherheit:

• Gesamtfahrzeug-Crashanlage (ab 2012), Batterieprüfstand und Komponenten-Crashanlage
• Tests in Schutzumgebung (Blast-Lab)
• umfangreiche Messtechnik inkl. Gasanalyse und CT

Fraunhofer ICT:

Umfangreiches Testequipment für mechanische, elektrische und thermische Tests auf Einzelzellenebene

• chemische Analyse austretender Stoffe beim Abuse
• Abuse-Tests in Druckbehältern
• Analyse an Zellenmaterialien und -komponenten (z.B. REM, XRD, Raman, DSC, ICP-AES)
• Schutzgasbox zum Öffnen und Beurteilen von Zellen

Fraunhofer ISE:

• über 140 Testkreise für kleinste Knopfzellen bis zu großen Batteriesystemen für Traktion und stationäre Anwendungen
• Leistungsteststand bis 1000 V, 600 A, 250 kW mit CAN-Bus Emulation
• 9 Wärme- und Klimakammern sowie diverse Wasserbäder
• Testeinrichtung für Batterie u. Energiemanagementsysteme

Fraunhofer LBF:

• mehrere elektrodynamische Shaker bis 27 kN (RKV), inkl. Klimakammer
• flexible Möglichkeiten für Sonderversuchsaufbauten mit servo-hydraulischer Anregung
• HV-Batteriesystemprüfstand bis 600 kg für multiphysikalische Erprobungsbedingungen (mechanische, elektrische und thermische Lasten für die Batterieprüfung)
• scannende Vibrometrie (ein- und drei-dimensional)

Darüber hinaus verfügen die Institute über umfangreiches Mess-Equipment, u.a. für mechanische, elektrische sowie thermische Lasten und Beanspruchungen.