Crashsicherheit von Batterien und Batteriesystemen

Charakterisierung und Modellierung des Versagensverhaltens von Batterien

© Fraunhofer IWM

Druckversuch an prismatischen Zellen zur Bewertung der Crashsicherheit und zur Kalibrierung von numerischen Modellen

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Kraft- und Zellspannungsverlauf eines Biegeversuchs an einer zylindrischen Zelle

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Crashsimulation eines Aufpralltests an einem Heckrahmen eines Elektroautos

Prüfung von Batteriezellen

 

Die Zerstörungsprüfung von Lithium-Ionen-Zellen stellt eine neue sicherheitstechnische Herausforderung dar. Am IWM wurde ein optimierter Prüfstand mit Schutzkammer eingerichtet. Bei den darauf durchgeführten Versuchen können neben den mechanischen Größen (Verformung und Kraft) zusätzlich die Zellspannung und Zelltemperatur aufgezeichnet werden. Bemerkenswert ist, dass trotz der unterschiedlichen Zell- und Belastungsarten derselbe Zusammenhang zwischen dem mechanischen und dem elektrischen Verhalten zu erkennen ist. Beim ersten großen Abfall der Kraft bricht auch die Zellspannung zusammen. Der elektrische Kurzschluss ist eine Konsequenz einer mechanischen Instabilität, die durch einen starken Lastabfall gekennzeichnet ist.

Versagensmodellierung

 

Zur Vorhersage des Versagens von Zellen z. B. des Kurzschlusses unter Crashbelastung können numerische Simulationen mit Detail- oder Ersatzmodellen einen wesentlichen Beitrag liefern. Da die Versagensmechanismen von Zellen nicht nur von ihrem Strukturaufbau sondern auch von der Belastung z. B. Penetration, Stauchung oder Biegung abhängig sind, muss man bei der Modellierung die Einflüsse der Mehrachsigkeit und Dehnrate auf die Schädigungsentwicklung berücksichtigen.

Crashbewertung von Batteriesystemen

 

Im IWM stehen spezifische Versuchsanlagen z. B. für crashartige mehrachsige Belastung und verifizierte Simulationsmethoden mit komplexen Werkstoff- und Versagensmodellen für die Bewertung der Crashsicherheit von Batteriesystemen und Schutzkomponenten zur Verfügung.