gesponsertTesten in der E-Mobilität Direkte Konditionierung von Batteriezellen

Bevor Batterien in Serie produziert werden können, sind umfangreiche Tests notwendig. Für diese komplexe Aufgabe hat AVL „Battery Cell TS™ ACORA“ entwickelt. Das Batteriezellentestsystem arbeitet mit einer Direktkühlung und ermöglicht vollautomatisierte Testreihen.

Das Testen von Batteriezellen im großen Maßstab stellt OEMs sowie Batterie- und Zelllieferanten vor zahlreiche Herausforderungen. Vor allem die Anforderungen an die Flexibilität der Prüfverfahren und der Prüfmethodik sind sehr hoch. In der Regel nutzen Testeinrichtungen hierfür bislang Klimakammern mit einer indirekten Luftkühlung der Zellen. Die Bestückung der Racks mit den Prüflingen erfolgt dabei üblicherweise von Hand. Je nach Umfang und Betriebsstrategie sind solche Klimakammer-Tests sehr zeit-, energie- und platzintensiv. Auch die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Testergebnisse sind nicht optimal. AVL präsentiert mit ACORA nun einen völlig neuen Ansatz.

Direkte thermische Konditionierung

ACORA steht für „Active Cooling Rack“ und bietet eine hochdynamische und hochgenaue Methode zur Temperierung von Zellen in einer Testumgebung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Testumgebungen mit Klimakammern setzt das neue Testsystem von AVL auf eine direkte thermische Konditionierung der Batteriezellen. Herzstück von ACORA ist ein Cell Mounting System mit angeschlossenen Konditionierungsplatten. Diese haben direkten Kontakt zum Zellkörper und werden permanent von einem Kühlmittel (Wasser/Glykol) durchströmt. Dies ist weitaus energiesparender als eine Luftkühlung.

Präzisere Testergebnisse

Neben dem Zeit- und Energievorteil sind die Testergebnisse mittels direkter Zellkonditionierung präziser und zuverlässiger. Der Grund: In luftgekühlten Klimakammern ist die Luft nicht homogen verteilt, so dass es innerhalb einer Kammer zu Temperaturabweichungen von bis zu zehn Kelvin kommen kann. Im ACORA-System herrscht dem gegenüber eine wesentlich höhere Temperaturhomogenität während der Prüfung. Die Abweichungen im Ruhezustand und in eingeschwungenem Betriebszustand bewegen sich hier im Bereich von nur +/-0,5 Kelvin.

Flexibles Systemdesign für individuelle Anforderungen

Im ACORA-Testsystem ist die Kühlplatte ähnlich wie im Fahrzeug positioniert. Auch hier wirkt die Wasserkühlung üblicherweise von unten auf die Zellen. Hierdurch ergibt sich ein sehr realistisches Thermal Modelling des thermischen Gradienten. Die standardisierte Mounting-Plattform des ACORA-Systems kann alle gängigen Zellgrößen aufnehmen und erlaubt zahlreiche Konfigurationen. Je nach Testanforderung können die Platten für das Testen von prismatischen und Pouch-Zellen vertikal und horizontal zum Einsatz kommen. Außerdem kann die Kühlplatte je nach Kundenanforderung auf die Seitenfläche oder auf die untere Zellfläche montiert werden. Durch den modularen Aufbau des neuen Systems ist es komplett skalierbar: Mehrere Racks lassen sich zu einem AVL ACORA Lab kombinieren, das je nach Design Verification Plan mit unterschiedlichen Betriebsstrategien betrieben werden kann – entweder mit wechselnden Temperaturen innerhalb der Racks oder mit konstanten Temperaturzonen (zwischen -40 °C und 80 °C) für jedes einzelne Rack.

Einfache Bedienung und Handhabung durch Plug & Test

Für die Testdurchführung wird die Plattformeinheit mit dem Prüfling in das ACORA-Rack eingeschoben, wo sie direkt an die Stromversorgung und die weiteren Systeme andockt. Hierzu gehört unter anderem der Zelltester an der Rückseite und das Automatisierungssystem sowie weitere Messeinheiten. Das ebenfalls im Rack integrierte Konditionierungsmodul bringt die Kühlflüssigkeit auf die gewünschte Temperatur. Insgesamt verfügt das ACORA-System über acht beziehungsweise im Doppelrack über 16 separate Testkanäle, die alle auf einmal getestet werden können.

Optionale Automatisierung

Für den effizienten Betrieb spielt die Automatisierung der Testabläufe eine entscheidende Rolle. Daher kann das ACORA-System um eine optionale Roboterlösung erweitert werden, die einen reibungslosen Betrieb rund um die Uhr gewährleistet. Ein autonomes Fördersystem erledigt den Transport der Zellen zwischen den Racks sowie das vollautomatische Ein- und Ausstecken in die dafür vorgesehenen Schübe.

Optimale Raumnutzung: mehr Leistung auf gleicher Fläche

Da das AVL ACORA System keine seitlichen oder obenliegenden Zugänge hat, lassen sich die Racks sowohl direkt nebeneinander aufstellen als auch übereinander stapeln. In Kombination mit der Roboter-Automatisierung kann damit das Raumvolumen einer Halle optimal ausgenutzt werden. ACORA-Türme bis zu einer Höhe von 3,80 Metern sind möglich, wodurch der Flächenbedarf deutlich schrumpft. Die optimale Raumausnutzung ist vor allem für Großanwender ab circa 500 Zelltestkanälen ein wichtiger Kostenfaktor, aber auch kleinere Labore profitieren von kleineren Raumgrößen und den damit einhergehenden geringeren Unterhaltskosten.

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Die Vorteile von ACORA auf einem Blick:

• Reduzierte Prüfdauer um bis zu 60 Prozent

• Hohe Temperaturgenauigkeit von <1 K

• Zeit- und Kostenersparnis durch Vollautomatisierung

• Hohes Energiesparpotential durch zentrale Kühlung

ACORA beim AVL TechDay Battery

Das AVL Battery Cell TS™ ACORA ist in seiner Standardkonfiguration bereits auf höchste Effizienz ausgelegt; je nach Kundenanforderungen sind jedoch Individualisierungen möglich. Live erleben können Sie ACORA auf dem AVL TechDay Battery, der am 19. Oktober 2023 in Alzey stattfindet. Weitere Informationen zur Veranstaltung erhalten Sie auf der AVL Webseite.

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