Batterieprüfstand

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Johannes Claßen

Oberingenieur - M.Sc.

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+49 241 80 48156

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Der Batterieprüfstand des Center for Mobile Propulsion ermöglicht die Erforschung von einzelnen Zellen und ganzen Modulen für Fahrzeuge in Form von Gleichspannungstests (DC-Tests) und elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS).

Tests auf Zellebene sind besonders interessant, da sie unabhängig von Modul- oder Packdesign bzw. dem Antriebsstrang möglich sind. Mit geeigneten DC-Zelltestsystemen werden neben Kapazitäts- und Pulstests ebenso dauerhafte Messungen zur Untersuchung der zyklischen Lebensdauer durchgeführt. Hinsichtlich der Ströme ist die Messtechnik sowohl zum Testen von Zellen mit sehr hoher Kapazität, welche in der Automobilindustrie aktuell an Bedeutung gewinnen, geeignet und weist außerdem eine sehr hohe Stromgenauigkeit auf, um Quasi-Leerlaufspannungskurven für kleine Zellen aufzeichnen zu können.

EIS ist eine leistungsfähige und weit verbreitete nicht-invasive Testmethode zur Charakterisierung von Lithium-Ionen-Batterien, die sowohl in der Forschung als auch Entwicklung eingesetzt wird. Als zerstörungsfreie Technik kann EIS zu verschiedenen Zeitpunkten während der Lebensdauer einer Batterie als diagnostisches oder prognostisches Werkzeug eingesetzt werden: zur Charakterisierung, Qualitätssicherung, zur Abschätzung des Lade-, Alterungs- und Sicherheitszustands. EIS ermöglicht dank exakt definierter Anregungen die angemessene Charakterisierung verschiedener physikalisch-chemischer Prozesse, welche bei anderen Untersuchungen im Zeitbereich wie Pulstests oder Fahrprofile größtenteils nicht abgedeckt bleiben. Darüber hinaus besteht ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit, die nur durch nichtlineare Phänomene, die in der Batterie selbst stattfinden, beeinflusst werden kann. Im Hinblick auf die Zellalterung wird EIS in großem Umfang eingesetzt, um die Degradation und die Degradationsmechanismen kommerzieller Lithium-Ionen-Batterien während der zyklischen und kalendarischen Alterung zu untersuchen und die Auswirkungen verschiedener Zyklus- oder Lagerungsbedingungen zu verstehen, einschließlich Temperatur, Rate der Zellladung und -entladung (C-Rate), Überladung oder Tiefentladung, Entladetiefe und anderer Bedingungen sowie Herstellungsfaktoren. Am Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme werden im Rahmen mehrerer aktuellen Promotionen EIS-Messungen an zyklisch gealterte Zellen durchgeführt, kontinuierlich die Veränderungen des Impedanzspektrums bestimmt und das Alterungsverhalten in Batteriezellmodelle implementiert. Dies wird sowohl für Modelle von sehr hoher Genauigkeit als auch für reduzierte Modelle, die für Batteriemanagementsysteme (BMS) zur Bestimmung des Batteriezustands und für das thermische Management geeignet sind, verfolgt.

Sämtliche Batterietests erfolgen in Klimaschränken unter variablen thermischen Bedingungen in einer sicheren Umgebung durch die Nutzung neuester „Pyro Bubbles“ Löschtechnik. In dieser Testumgebung ist es möglich, Batterien in verschiedenen elektrischen Stresssituationen zu prüfen und aus den aufgezeichneten Daten ganze Kennfelder an Modellparametern unter definierten Randbedingungen identifizieren zu können.

 

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