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Batterievalidierung über Leistungstests hinaus AVL: Konzepte für Umwelt- und Sicherheitsprüfungen von Lithium-Ionen-Batterien

Neue Batterietechnologien ermöglichen höhere Energiedichten - umso wichtiger ist die sicherheitstechnische Auslegung des Speichers. Als Partner für Sicherheitsprüfungen kann AVL über die gesetzlichen Bestimmungen hinaus prüfen – und schlüsselfertige Labore für Kunden entwickeln.

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Prüfstände für Umwelt- und Sicherheitsprüfungen im Tech Center
Prüfstände für Umwelt- und Sicherheitsprüfungen im Tech Center
(Bild: AVL List GmbH)

Das rasante Wachstum des Batteriemarktes mit neuen Technologien erfordert eine weiterentwickelte Batterieprüfung. Nur so können die Energiespeicher gefahrlos eingesetzt werden. Bereits jetzt zeichnen sich die Vorteile ab, die ein Testanbieter mit umfassender Batterieprüfung bietet: insbesondere hinsichtlich Projektlaufzeit, Kosten und Qualität sowie in Bezug auf Methodik, Effizienz und Effektivität der Testmöglichkeiten.

Unser Fokus liegt auf Konzepten, die Einzelprodukte und Prüfsysteme, bis hin zu schlüsselfertigen Laboren abdecken: angepasst auf die Testbedürfnisse und das Leistungsportfolio des Kunden. Als Projektpartner kümmert sich AVL ebenfalls um eine kosteneffiziente und globale Lieferkette. Unser Fokus liegt hierbei auf einer bestmöglichen Kombination aus hauseigener Toolkette und dem Einsatz von Drittanbieterlösungen.

Wie einige jüngste Sicherheitsvorfälle in Deutschland zeigen, ist die Sicherheitsprüfung ein besonders kritischer Bereich, welcher derzeit weltweit an Bedeutung gewinnt. Dies zeigt sich ebenfalls in der Anpassung von globalen technischen Regularien (GTR20) in Form von beispielsweise Thermal-Runaway-Szenarien sowie Thermal-Propagation-Prüfungen.

Was sind Batterie-Sicherheitsprüfungen?

Sicherheitsprüfungen von Batterien sind essenziell, um den Sicherheitszustand der Batterie unter extremen Umwelt- und Temperaturbedingungen zu gewährleisten. Um dies zu überprüfen werden die Batterien Belastungen unterzogen, die über die normalen Betriebsgrenzen hinausgehen. So lassen sich etwaige Fehlerfälle frühzeitig identifizieren. Dabei liegen die Schwerpunkte dieser Prüfungen in unterschiedlichen Bereichen: Crashtests, mechanische Unversehrtheit (Quetschung), externer Kurzschluss, Überladung und erzwungene Überentladung (ohne Schutz), Eintauchen, Nageldurchdringung/-durchstich und Feuerbeständigkeit.

Einzelne Testfokusse näher erläutert

Der Zweck der Kurzschlussprüfung besteht darin, die Schutzeinheiten der Batterie zu überprüfen. Diese implementierte Funktion soll den Kurzschlussstrom unterbrechen oder begrenzen, um den Prüfling des Batteriepacks vor weiteren schwerwiegenden Ereignissen zu schützen.

Mechanische Integritäts-/Nageldurchdringungsprüfungen dienen dazu, die Sicherheitsleistung der Batterie unter Kontaktbelastungen zu überprüfen, die während eines Unfalls auftreten können.

Die Feuerbeständigkeitsprüfung erfüllt den Zweck, die Widerstandsfähigkeit des Batteriepacks gegen Feuereinwirkung von außerhalb des Fahrzeugs zu überprüfen. Ziel ist es, den Fahrzeuginsassen ausreichend Zeit zum Evakuieren zu verschaffen.

Auf Zellebene können mechanische und elektrische Sicherheitsprüfungen in einer AVL Sicherheitskammer durchgeführt werden. Dieses System ist bereits verfügbar und kann gemeinsam mit dem Kunden an die individuellen Anforderungen angepasst werden. Auf Pack-Ebene werden die Sicherheitsprüfungen in einer speziell ausgestatteten Bunkeranlage durchgeführt. Diese kann auf einem etablierten Konzept gemeinsam mit AVL realisiert werden.

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Warum werden Umweltprüfungen durchgeführt?

Umweltprüfungen sind notwendig, um die Qualität und Zuverlässigkeit der Batterie unter verschiedenen Umweltbedingungen nachzuweisen. Hierzu zählen zum Beispiel Vibration, Temperaturwechsel und Schock, Staub, Salz sowie IP-Wasserschutz.

Der Zweck der Vibrationsprüfung besteht darin, die Sicherheitsleistung der Batterie in einer Vibrationsumgebung zu prüfen. So lässt sich herausfinden, welche Situationen dem späteren Betrieb im Fahrzeug entsprechen. Um möglichst realitätsnahe Situationen nachzustellen, durchläuft die Batterie parallel zu den Vibrationsprofilen ebenfalls elektrische und thermische Lastprofile.

Im Zuge der mechanischen Schockprüfung wird die Sicherheitsleistung des Energiespeichers unter Trägheitslasten überprüft, die beispielsweise während eines Fahrzeugaufpralls auftreten können.

Thermale Schock-Prüfungen dienen der Simulation des thermischen Verhaltens der Batterie bei schockartigen Temperaturänderungen. Durch diese Prüfungen können mechanische Mängel ermittelt werden, die in der Produktion entstanden sind.

Zur Gewährleistung des sicheren Transports per Luftfracht ist ferner eine Höhenprüfung erforderlich.

Ein zuverlässiger Partner bewahrt Sie vor Kurzschlusshandlungen

Das Thema Umwelt- und Sicherheitsprüfungen von Batterien ist sehr umfangreich und äußerst komplex. Unser Tipp: Wagen Sie hier keinen Alleingang. Als renommierter Partner beim Entwickeln und Testen von Batterien bietet Ihnen AVL ein umfassendes Portfolio innovativer Konzepte, um sämtliche technischen und wirtschaftlichen Anforderungen gemeinsam mit Ihnen zu bewältigen.

Ihre Vorteile auf einen Blick:

  • Zukunftssicherheit durch modulare Konzepte – für aktuelle und künftige Speichertechnologien
  • Umfassende Sicherheitskonzepte, die auf Simulationsanalysen der thermischen Runaway-Szenarien basieren, um eine hohe Sicherheit für die Geräte und Anlagen zu gewährleisten
  • Beratung zu möglichen Testlaborkonzepten in Form von Designstudien in Kombination mit individuellen Design- und Validierungsplänen
  • Maßgeschneiderte Lösungen sowohl zu Einzelprodukten als auch zu kompletten Testsystemen und Prüffeldern mit und ohne Gesamtintegration und technische Gebäudeausrüstung (TGA)
  • Planung und Ausführung umfassender F&E-Prüflaborlösungen, basierend auf Ihren spezifischen Anforderungen oder auch auf Basis hauseigener Best-Practice-Beispiele
  • Umfassende Servicekonzepte inklusive Ersatzteilmanagement, Instandhaltungs- und Wartungskonzepten
  • Ramp-up-Support, Training an den AVL Standorten und Training am Kundenprüfstand
  • Ausführung in Green- oder Brownfield für Hard- und Softwarelösungen - kundenspezifischer Ansatz

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