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Das Projekt „SafeBattery“ an der TU Graz hat das Verhalten von Lithium-basierten Batterien über vier Jahre unter die Lupe genommen. „Die Performance neuer Batteriezellen ist weitgehend bekannt, daher beschäftigten wir uns mit dem gesamten Lebenszyklus“, erklärt Projektleiter Christian Ellersdorfer vom Institut für Fahrzeugsicherheit. Gemeinsam mit Industriepartnern wie AVL, Audi oder Daimler wurden Szenarien untersucht, die eine Batterie im Laufe ihres Lebens erleben kann, darunter Vibrationen, starke Beschleunigungen oder das ständige Laden und Entladen.
Mithilfe von Crashtests, Simulationsmodellen und Berechnungsverfahren stellten die Forscher dabei fest, dass Vibrationen und Beschleunigungen durch Rempler oder Unfälle das Verhalten von Batterien kaum beeinflussen. Deutlichere mechanische und elektrische Veränderungen zeigten sich allerdings durch das ständige Laden und Entladen der Batterie. Derart gealterte Batteriezellen besitzen bei mechanischer Belastung eine höhere Steifigkeit.
„Die Veränderungen bedeuten aber nicht zwingend, dass Batterien mit dem Alter gefährlicher werden“, betont Ellersdorfer. „Im Gegenteil: Die Summe der Einflüsse macht sie über die Zeit sicherer, weil sie auch elektrische Energie verlieren.“
Nutzen für Autoindustrie
Die Untersuchungen aus Graz belegen, dass Zellen mit stark reduziertem Kapazitätsgehalt nach einem internen Kurzschluss einen abgeschwächten Verlauf des sogenannten Thermal Runaway haben. Durch das reduzierte Energiepotenzial von gealterten Batterien sinkt demnach die Wahrscheinlichkeit von unfallverursachten Batteriebränden.
Hersteller wissen damit jetzt, was sie einer Batteriezelle zutrauen können. Das ermöglicht materialsparende Designs und mehr Effizienz, wie Ellersdorfer erklärt: „Bislang wurde die Batterie so verbaut, dass Deformationen bei jedem erdenklichen Szenario ausgeschlossen werden konnten. Jetzt können die Hersteller den Bauraum besser nutzen. Und Sicherheitschecks einer neuen Zelle besitzen Gültigkeit für die gesamte Lebensdauer der Batterie.“
Zweites Leben für E-Batterien
In der Zeitleiste eines Batterielebens geht das „SafeBattery“-Konsortium noch einen Schritt weiter: Im kürzlich gestarteten Projekt „SafeLIB“ beleuchtet es die Veränderungen in E-Batterien gemeinsam mit weiteren Partnern genauer, um daraus Sicherheitsfaktoren für die Nachnutzung abzuleiten.
„Für E-Autos sind gebrauchte Batterien mit einer Leistungskapazität von 80 Prozent nicht mehr geeignet, sehr wohl aber für stationäre Energiespeicher oder für Werkzeugmaschinen“, sagt Ellersdorfer. „Dafür ermitteln wir erstmals allgemeingültige Messgrößen im Bereich der Sicherheit.“
Die Forschenden bedienen sich dabei der Prüfstandstechnik des Ende 2020 eröffneten Battery Safety Center Graz. Dort lässt sich das Vorleben einer Batteriezelle in einem gänzlich neuen Detailgrad untersuchen.
Berücksichtigt werden außerdem die rechtlichen Rahmenbedingungen zur Wiederverwendbarkeit, beispielsweise die Frage der Haftung bei Folgeschäden. Neben dem „State of Health“, der Restkapazität und Leistungsfähigkeit einer Batteriezelle wiedergibt, soll so schlussendlich ein „State of Safety“ definiert werden, mit dem sich der Sicherheitsstatus einer Batterie über den gesamten Lebenszyklus beurteilen lässt.
„SafeLIB“ hat eine Laufzeit von vier Jahren und endet 2025. Die Österreichische Forschungsgesellschaft FFG fördert das Projekt mit insgesamt sechs Millionen Euro.
Wissenschaftliche Partner
TU Graz
Johannes-Kepler-Universität Linz
Virtual Vehicle Research Center
Unternehmenspartner
Audi
AVL List
Porsche
Dynamor
Fill
Fronius International
Infineon
Mercedes Benz
Wacker Neuson Linz
.jpg "Zubau der Ladeinfrastruktur wächst langsamer als Neuzulassungen")
