Klimaschränke TÜV SÜD testet Batterien unter extremen Bedingungen

Beim Batterietest sind konstante Umweltbedingungen im Prüfraum sehr wichtig. Klimaschränke müssen eine hohe Zuverlässigkeit bieten und individuell anpassbar sowie nicht zu tief ausgeführt sein.

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Bei der effektiven Speicherung elektrischer Energie nehmen Lithium-Ionen-Batterien eine zentrale Rolle ein. Sie sind wegen ihrer hohen Energiedichte bei relativ geringem Gewicht für die stationäre Speicherung erneuerbarer Energien, aber auch für den Bereich der Automobilanwendungen oder der Elektromobilität seit langem die erste Wahl. Aufgrund ihrer hohen Speicherkapazität werden sie in immer mehr Bereichen eingesetzt. Doch gerade die hohe Energie- und Leistungsdichte bedeuten neue Gefährdungspotenziale, wenn sie außerhalb ihrer Spezifikation betrieben werden. Des Weiteren gilt es, eine möglichst lange Lebensdauer bei gleichbleibend hoher Kapazität zu erzielen.

Prüfung von Lebensdauer und Leistung der Batterien

Um die Lebensdauer und Leistung der Batterien unter wechselnden Bedingungen zu ermitteln, unterzieht der TÜV SÜD als führendes technisches Dienstleistungsunternehmen die Batterien extremen Härtetests. Getestet werden Lithium-Ionen-Batterien für Automobilanwendungen oder den Consumer-Bereich.

In Umwelt-Simulationsschränken oder Kühlinkubatoren von Binder werden die Temperaturbeständigkeit der Batterien sowie Lebensdaueranalysen in verschiedenen Temperaturbereichen abgeprüft. Bei den Lebensdauertests wird die zyklische und kalendarische Alterung von Batterien sowie deren Alterung unter wechselnden Umwelteinflüssen charakterisiert. Dabei wird häufig als Richtwert zwischen 70 und 80% der Leistungsfähigkeit eingesetzt. Unterschreitet die Batterie diesen Wert, gilt sie als nicht mehr im Automobilbereich nutzbar. Bei den Leistungstests wird unter verschiedenen klimatischen Bedingungen die Effizienz der Batterien bestimmt.

Temperaturwechseltests mit pulsierendem Strom

Um die Batterien an die Grenzen ihrer Leistungsgrenze und Belastbarkeit zu bringen, werden Temperaturwechseltests mit pulsierendem Strom durchgeführt. Die Batterien sind beispielsweise im Kühlinkubator Temperaturen von –10 bis 55°C im ständigen Wechsel ausgesetzt. Im Umwelt-Simulationsschrank werden zudem noch Prüfszenarien in Klimabereichen von –30 bis 60°C bei bis zu 96% r.F. abgefahren. Die Dauer der Tests variiert. Manche Prüfungen dauern mehrere Monate bei extremen Anforderungen an das Material (hohe Ströme, hoher Hub). Andere Prüfungen benötigen Jahre bei geringeren Anforderungen (niedrige Ströme, niedriger Hub).

Spezialbeschichtung und beheizbare Überdruckklappe: Individuelle Anpassung der Umwelt-Simulationsschränke und Kühlinkubatoren

Für die Prüfabläufe ist es wichtig, dass die Batterien auf elektrisch nicht-leitendem Untergrund gelagert werden. Aus diesem Grund wurden die Einschubgitter aus Edelstahl speziell beschichtet, sodass eine Weiterleitung elektrischer Ladung unmöglich ist. Seitlich an den Gerätewänden wurden spezielle, mit Silikonstopfen versehene Durchführungen installiert, um eine sichere und vereinfachte Kabeldurchführung zu gewährleisten. Außerdem sind besondere Schutzmaßnahmen erforderlich.

Bedingt durch die Alterungs- und andere elektrische Charakterisierungstests mit Lithium-Ionen-Batterien ist es im schlimmsten Fall möglich, dass sich durch irreversible Reaktionen von Zellkomponenten Gas in der Prüfkammer entwickelt. Aus diesem Grund wurden seitlich an den Gehäusen zusätzliche Vorrichtungen zur Durchführung von Schutzketten installiert, damit im Falle von unvorhergesehener Verpuffung ein Absprengen der Türen verhindert wird.

Um das Gas oder entstandenen Druck gegebenenfalls ableiten zu können, wurden Überdruckklappen in die Schränke eingebaut. Diese sind zudem beheizbar, um so die Bildung von Kondensat und eine eventuelle Vereisung zu verhindern.

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