Zuverlässigkeitsbewertung von HV-Energiespeichern

Wir untersuchen die Zuverlässigkeit von Hochvolt-Batterien auf Li-Ion-Basis für Elektro-Fahrzeuge. Unsere Prüfeinrichtungen ermöglichen den Blick auf einzelne Zellen, Zellmodule und auf das komplette Batteriesystem. Mit entwicklungsbegleitender Validierung und auf realitätsnahen Einsatzbedingungen basierender Bewertung von Energiespeichern unterstützen wir die Forschungs- und Entwicklung bei der Optimierung von HV-Energiespeichern hinsichtlich Energiedichte, Kapazitätseigenschaften und Lebensdauer zur zuverlässigen Bereitstellung der elektrischen Energie in Fahrzeugen.

Realitätsnahe Validierung unter Berücksichtigung von Unsicherheiten

Aussagen zur Systemzuverlässigkeit von HV-Batterien in Fahrzeugen sind aufgrund der Verknüpfung mechanischer, elektrischer und thermischer Belastungen sowie Umweltbelastungen eine besondere Herausforderung – auch weil die Beurteilung der Zuverlässigkeit in einem großen Umfang Unsicherheit berücksichtigen muss. Deshalb kombinieren wir Hypothesen der Schädigungsrechnung mit Methoden der Zuverlässigkeitsbemessung und der Quantifizierung der Unsicherheit zu neuen Methoden für die Bewertung der Lebensdauer von HV-Batterien.

Für die Ermittlung der Systemzuverlässigkeit von HV-Batterien unter Einwirkung von mechanischen, elektrischen und thermischen Belastungen besitzt das Fraunhofer LBF eine multiphysikalische Versuchsumgebung mit einem multiaxialen hydraulischen Schwingtisch (MAST), einem Fahrzeugenergiesystem (Batterietester) sowie einer Prüfkammer mit Thermo-/Klimafunktionalität. Damit können Belastungsdaten aus Fahrversuchen jederzeit unter realen Umweltbedingungen experimentell simuliert und daraus Funktionalität und Lebensdauer bewertet und vorhergesagt werden. Neben der multiphysikalischen Versuchsumgebung ermitteln wir Belastungsdaten auch aus einer Vielzahl interner und externer E-Fahrzeuge, bewerten sie und leiten daraus wertvolle Erkenntnisse zu den Zusammenhängen zwischen der Alterung von HV-Batterien und den Betriebsbedingungen der E-Fahrzeuge ab.

Entwicklungsbegleitende Zuverlässigkeits- und Lebensdauerbewertung

Die multiphysikalische Versuchsumgebung erlaubt die experimentelle Erprobung unter gleichzeitig wirkenden mechanischen (Vibrationen) und elektrischen (wechselnde Ladezustände) Belastungen sowie unter realen Umweltbedingungen hinsichtlich Temperatur und Feuchte. Die Eckdaten sind:

• Multiaxialer Schwingtisch (MAST) mit sechs Freiheitsgraden (Traglast max. 1 t, Frequenz max. 200 Hz)
• Klimakammer mit Bodenfläche 4 x 4 m und Gesamtvolumen 60 m³ (Temperatur - 40 °C bis +80 °C bei einer Temperaturanstiegszeit 4 K / min)
• Leistungsstarker Batterietester (Leistungsdaten ± 800 A und 800 V bei I/ U-Anstiegszeit <= 0,5 ms)
• Prüflingskonditionierung mit Wasser-Glykol-Gemisch

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