Wie sich Batterien unter den verschiedensten Umwelteinflüssen verändern – und zwar während des Betriebs! – lässt sich nun mit einem speziellen Prüfstand für Lithium-lonen-Akkus mit hoher Energiedichte erforschen. Geplant und realisiert hat diesen die Weiss Umwelttechnik GmbH in Reiskirchen an der Forschungsstelle der EU (JRC). Damit sind erstmals CT-Aufnahmen (Computertomografische Aufnahmen) während des Betriebs der Batterien unter Stressbedingungen möglich. Die Wissenschaftler am JRC erwarten, dass sie mit den Test-Ergebnissen die Sicherheit, Haltbarkeit und Leistungsfähigkeit der Batterien verbessern können. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von EU-Normen.
Schwachstellen von Energiespeichern besser erkennen
Auch interne Schwachstellen wollen die Forscher mithilfe von CT-Aufnahmen finden. Auf diese Weise lassen sich die chemischen Prozesse innerhalb der Lithium-Ionen-Akkus dynamisch unter Stressbedingungen verfolgen. Zusätzlich kann der gesamte externe Prüfraum auf einer Linearführung verfahren werden, um die CT-Aufnahmen scharf zu stellen. In Kombination mit einem Drehtisch ist ebenfalls eine 360-Grad-Ansicht der Prüflinge während der Tests möglich. Bis über die üblichen Belastungsgrenzen hinaus werden die Batterien dabei mit extremen Umweltbedingungen und gleichzeitiger Strombelastung während der computertomografischen Aufzeichnung gestresst.
Sicherheitseinrichtungen garantieren sichere Stresstests
Sicherheit steht bei all dem an erster Stelle: Zum Schutz des Personals vor der CT-Strahlung wurde der externe Prüfraum in einem mit Blei ummantelten Aufstellraum realisiert. Beim Stressen der Batterien besteht zudem die Gefahr von Überhitzen, Feuer oder gar Explosion.
- Damit es gar nicht erst zu einer Explosion kommt, ist der externe Prüfraum mit Schutzmaßnahmen für eine ATEX-Klassifizierung der Zone 1 gebaut.
- Des Weiteren hat Weiss Umwelttechnik die gesamte Anlage mit Schutzmaßnahmen ausgerüstet, die einer Klassifizierung bis EUCAR Hazard Level 6 entsprechen. Das Konditioniergerät steht außerhalb des von den Strahlen ungeschützten Aufstellraums. Damit keine Öffnungen für austretende Strahlungen entstehen, mussten die Versorgungsrohre für die Klimatisierung und die Verrohrung für die Gasabfuhr über ein Rohrlabyrinth aus dem mit Blei isolierten Raum ausgeführt werden. Als Schutzmaßnahme ist beispielsweise eine permanente, sauerstoffgesteuerte Inertisierung realisiert. Über diese wird nur genau so viel Stickstoff (N2) eingeleitet, wie es sicherheitstechnisch nötig ist. Vier verschiedene Gassensoren überwachen den Prüfraum, zwei weitere den mit Blei ummantelten Aufstellraum, um Leckagen im Batterieprüfling erkennen zu können.
Mit dem Bau des Batterieprüfstands im niederländischen Petten wurde die Fraunhofer-Gesellschaft beauftragt. Dieses erforschte auch das geeignete Material, welches die nötige Durchlässigkeit für die CT-Strahlung bot, gleichzeitig jedoch die Gasdichtheit des Prüfraums sicherstellen konnte. Gemeinsam mit dem Partner Diondo, einem Spezialisten für industrielle Computer-Tomographie, hat Weiss Umwelttechnik den klimatischen Teil der Prüfanlage inklusive aller Sicherheitsvorrichtungen geplant und realisiert. (co)
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Zum Unternehmen
Die Weiss-Technik-Unternehmen sind Teil der in Heuchelheim bei Gießen ansässigen Schunk Group und bieten Lösungen für Forschung und Entwicklung sowie Fertigung und Qualitätssicherung. Dazu zählen individuelle Lösungen für Umweltsimulationen, Reinräume, Klimatisierung, Luftentfeuchtung sowie Containmentlösungen.
Mit den Prüfsystemen aus dem Bereich Umweltsimulation lassen sich verschiedene Umwelteinflüsse rund um den Erdball im Zeitraffer simulieren. Das zu prüfende Produkt wird unter realer Belastung auf seine Funktionalität, Qualität, Zuverlässigkeit, Materialbeständigkeit und Lebensdauer untersucht. Die Abmessungen der Prüfeinrichtungen reichen von Laborprüfschränken bis hin zu Testkammern für Flugzeugkomponenten mit einem Volumen von mehreren hundert Kubikmetern.
