Batterien für Elektrofahrzeuge: Je älter sie werden, desto sicherer sind sie

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Studien an der TU Graz zeigen, dass die Gefahr umso geringer ist, je älter eine Traktionsbatterie von Elektrofahrzeugen ist. Jetzt wollen die Forscher und Industriepartner Parameter für die spätere Verwendung von weggeworfenen Batterien definieren.

Im Rahmen des Projekts SafeBattery hat ein Team der Technischen Universität Graz (TU Graz) in den letzten vier Jahren das Verhalten von Lithiumbatterien in Elektroautos unter Crash-Lasten untersucht. “Die Leistung neuer Batteriezellen ist weitgehend bekannt, daher haben wir uns mit dem gesamten Lebenszyklus befasst”, erklärt Projektleiter Christian Ellersdorfer vom Institut für Fahrzeugsicherheit. Gemeinsam mit Industriepartnern wie AVL, Audi und Daimler wurden Szenarien untersucht, die eine Batterie im Laufe ihrer Lebensdauer erleben kann: beispielsweise Vibrationen und starke Beschleunigungen, die durch Unebenheiten beim Parken, schwere Unfälle und das ständige Laden und Entladen von Batterien verursacht werden Batterien.

Änderungen durch Laden und Entladen

Mithilfe von Crashtests, Simulationsmodellen und Berechnungsmethoden konnten die Forscher feststellen, dass Vibrationen und Beschleunigungen das Verhalten von Batterien kaum beeinflussen. Infolge des ständigen Ladens und Entladens der Batterie wurden jedoch bedeutendere mechanische und elektrische Änderungen beobachtet. Auf diese Weise gealterte Batteriezellen weisen unter mechanischer Belastung eine höhere Steifigkeit auf. “Aber die Änderungen bedeuten nicht unbedingt, dass Batterien mit zunehmendem Alter gefährlicher werden. Im Gegenteil. Die Summe der Einflüsse macht sie mit der Zeit sicherer, weil sie auch elektrische Energie verlieren”, sagt Ellersdorfer. Die Untersuchungen von Ellersdorfer et al. Zeigen, dass Zellen mit stark reduziertem Kapazitätsgehalt nach einem internen Kurzschluss einen geschwächten Verlauf des sogenannten thermischen Durchgehens aufweisen. Das verringerte Energiepotential gealterter Batterien verringert somit die Wahrscheinlichkeit eines versehentlichen Batteriebrands.

Nutzen für die Automobilindustrie

Dank der Forschungsergebnisse wissen die Hersteller nun, was sie von einer Batteriezelle erwarten können. Dies ermöglicht materialsparende Konstruktionen und eine höhere Effizienz, wie Ellersdorfer erklärt: “Bisher wurde die Batterie so installiert, dass Verformungen in jedem denkbaren Szenario ausgeschlossen werden konnten. Jetzt können Hersteller den Installationsraum besser nutzen. Und Sicherheit.” Überprüfungen einer neuen Zelle gelten für die Lebensdauer der Batterie. “

Zulassung von EVBs für ein zweites Leben

In der Zeitspanne der Batterielebensdauer geht das SafeBattery-Konsortium jetzt noch einen Schritt weiter. Im kürzlich gestarteten COMET-Projekt SafeLIB werden die Änderungen der Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge gemeinsam mit anderen Partnern (LIT Law LAB, Infineon, Fronius, Mercedes) noch genauer untersucht, um Sicherheitsfaktoren für den späteren Einsatz ableiten zu können . “Gebrauchte Batterien mit einer Leistung von 80 Prozent sind nicht mehr für Elektrofahrzeuge geeignet, aber sehr gut für stationäre Energiespeicher oder Werkzeugmaschinen. Zum ersten Mal bestimmen wir allgemein gültige Parameter im Bereich Sicherheit.” sagt Ellersdorfer und beschreibt das Projekt.

Im Ende 2020 eröffneten Batteriesicherheitszentrum Graz werden die Forscher die weltweit einzige Prüfstandstechnologie für die Batteriesicherheit einsetzen. Dort kann das frühe Leben einer Batteriezelle in einem beispiellosen Detaillierungsgrad untersucht werden. Der rechtliche Rahmen für die Wiederverwendbarkeit (z. B. die Frage der Haftung für Folgeschäden) wird ebenfalls berücksichtigt. Neben dem sogenannten “Gesundheitszustand”, der die vorhandene Restkapazität und Leistung einer Batteriezelle widerspiegelt, sollte letztendlich ein “Sicherheitszustand” definiert werden, anhand dessen der Sicherheitsstatus einer Batterie über den beurteilt werden kann gesamter Lebenszyklus. SafeLIB läuft vier Jahre und endet 2025. Die Österreichische Forschungsförderungsagentur FFG finanziert das Projekt mit insgesamt 6 Millionen Euro.

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