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Gerüttelt, gestoßen und gedrückt

CT-Aufnahme einer Li-Ionen-Rundzelle (Foto: Oliver Bohlen)
CT-Aufnahme einer Li-Ionen-Rundzelle (Foto: Oliver Bohlen)

[05|02|2018]

Forschungsprojekt ReVISEDBatt prüft, wie Schäden an Lithium-Ionen-Batterien frühzeitig erkannt werden können

 

In vielen alltäglichen Anwendungen sind Lithium-Ionen-Batterien mechanischen Belastungen wie Vibrationen, Schocks und weiteren externen Kräften ausgesetzt, beispielsweise beim Bohren mit einem Akku-Bohrschrauber oder dem Fahren mit einem elektronisch betriebenen Fahrzeug. Die Einflüsse solcher Belastungsszenarien auf die Lebensdauer und die Sicherheit der Batterien wurde in der Wissenschaft bisher nur wenig betrachtet. Mit diesen Aspekten befasst sich seit September das Forschungsprojekt ReVISEDBatt im Labor für Elektrische Energiespeicher an der HM, unter der Leitung von Prof. Dr. Oliver Bohlen.

 

Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus mehreren funktionsgleichen Batteriezellen, die zu Modulen gekoppelt werden. Das Ziel des Projektes ReVISEDBatt ist es, fundierte Aussagen über den Einfluss von mechanischen Betriebslasten auf die Zellalterung und -sicherheit aller gängiger Zellformate der Lithium-Ionen-Technologie zu treffen. Die Ergebnisse sollen auf realitätsnahen Szenarien aus Automobilindustrie, Materialtransport, Bahn, Logistik/Transport und Elektrowerkzeug basieren, also beispielsweise beim Einsatz in Elektroautos, Gabelstaplern oder Akku-Bohrhämmern. Die Erkenntnisse auf Zellebene lassen sich dann als Grundlage für die Untersuchung von Modulen nutzen.

 

Schäden frühzeitig erkennen

Es sollen die Wirkmechanismen einer kombinierten elektrochemisch-mechanischen Alterung aufgeklärt und Handlungsempfehlungen zur Verbesserung der Zellen sowie der Module abgeleitet werden. Dies umfasst auch das Batteriemanagementsystem (BMS) für Transport und Betrieb. Die Hochschule München hat dabei das Ziel, neuartige Messmethoden zur Erkennung von mechanischen Schädigungen zu entwickeln. Denn mechanische Schäden an Lithium-Ionen-Akkus können nicht nur zur Alterung der Zellen, sondern im Extremfall auch zur Explosion führen, wie sie zum Beispiel im Jahr 2016 bei einigen Smartphone-Geräten des Modells Samsung Galaxy Note 7 vorkamen.

 

ReVISEDBatt befasst sich mit den weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien
ReVISEDBatt befasst sich mit den weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien

 

Im Forschungsprojekt werden Lösungen angestrebt, die Echtzeit-Diagnosen ermöglichen und so den Einsatz in hochintegrierten Batteriemanagementsystemen (BMS) finden. Ein BMS ist eine elektronische Schaltung, welche zur Überwachung einer Anordnung von nachladbaren Akkumulatorzellen dient. Die im Projekt entwickelten Methoden sollen die Detektion von mechanischen Schädigungen vor Erreichen eines kritischen Zustands sowie deren Lokalisation durch das BMS ermöglichen. Abschließend werden die so entwickelten Messverfahren und Algorithmen im Rahmen des Projekts anhand eines Prototyps umgesetzt und erprobt.

 

Förderer und Partner

ReVISEDBatt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert, organisiert wird die Förderung vom Projektträger Jülich. Die Projektpartner sind das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC (Verbundkoordinator), die Technische Universität München (Lehrstuhl für elektrische Energiespeichertechnik und Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften), die TÜV Süd Battery Testing GmbH, die Hilti Entwicklungsgesellschaft mbH, die HOPPECKE Advanced Battery Technology GmbH, die Infineon Technologies AG, die thyssenkrupp System Engineering GmbH und die BMW AG (assoziierter Partner). Die Laufzeit beträgt drei Jahre.

 

 

Cathrin Cailliau

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