Die Technische Universität Braunschweig und die Tongji Universität in Shanghai arbeiten aktuell an vereinheitlichten Sicherheitsbewertungen und Standardisierungsverfahren für Batterien. Mehr Sicherheit für Fahrzeuginsassen und günstigere Elektroautos könnten das Ergebnis sein.

Unterschiedliche Batterie-Formate erschweren Sicherheitsstandards

Das Ziel der deutsch-chinesischen Forschungskooperation „BaSS“ (Batterie-Sicherheits-Standardisierung) ist neben der Entwicklung neuer Zellkomponenten die Standardisierung von Formaten und Sicherheitsprüfverfahren. Im Fokus steht die aktuelle Sicherheitsbewertung von einzelnen Zellen, Zellverbünden und kompletten Speichersystemen.

 „Die Zellhersteller bieten eine Vielzahl an unterschiedlichen Formaten an, was eine effiziente und nachhaltige Gestaltung beeinträchtigt. Zusätzlich erschweren länderspezifische Zulassungsanforderungen eine einheitliche Batteriekonfiguration über alle Märkte hinweg“, erklärt die TU Braunschweig.

Das macht eine länderübergreifende Vereinheitlichung insbesondere im Hinblick auf das  gesteigerte Gefahrenpotenzial durch immer leistungsstärkere Zellkomponenten interessant, so die TU: „Wir brauchen aktive Sicherheitsmechanismen, um die Gefahren auf ein einheitliches Minimum zu reduzieren. Denn der Brand einer einzelnen Zelle kann sich auf das Gesamtfahrzeug ausweiten, wodurch erhebliche Gefahren für die Insassen entstehen“.

Beschädigungen können Brände begünstigen

Ein anschauliches Experiment zur Zellsicherheit ist der „Nail-Penetration-Test“: Er verdeutlich das Verhalten einer Zelle infolge mechanischer Beschädigungen oder fehlerhafter Produktion. Das Prüfverfahren simuliert durch das Einstechen eines Nagels in die geladene Zelle einen lokalen Kurzschluss. Das führt zur Freisetzung der gespeicherten Energie. Insbesondere die ablaufenden exothermen chemischen Reaktionen zwischen den verschiedenen Zellbestandteilen können zu einem selbst verstärkenden Wärme produzierenden Prozess (Thermal Runaway) führen. In Verbindung mit hochentzündlichen Elektrolyten können daraus Brände oder sogar Explosionen, die die Zelle zerstören, entstehen.

Reaktionsaufnahmen einer Batteriezelle infolge eines Nail‐Penetration‐Tests © Stefan Doose/Institut für Partikeltechnik

Langwierige Zulassungsverfahren

Das Problem dabei: Für dieses und andere Testszenarien bestehen verschiedene nationale und internationale Normen mit unterschiedlichen Konfigurationen. „Daraus resultieren langwierige Zulassungsverfahren, die sowohl die Entwicklungszyklen neuer Batteriegenerationen als auch deren Kosten steigern“, erläutern die BaSS-Partner. Jetzt soll ein einheitliches Zertifizierungsverfahren entwickelt werden, das die verschiedenen Testkonfigurationen so weit wie möglich angleicht. Das Ziel sind weniger Testdurchläufe .

Parallel zu den Standardisierungsbestrebungen entwickeln beide Forschungspartner Zellkomponenten für künftige Standard-Pouchzellen mit einheitlichen Formaten und zusätzlichen Sicherheitsmechanismen. Eine Normungsvorbereitung für den europäischen und chinesischen Markt soll Entwicklungszyklen beschleunigen und so den Weg für leistungsfähigere und kostengünstigere Elektrofahrzeuge bereiten.

Die Projektidee des Forschungsprojektes "Batterie-Sicherheits-Standardisierung" © Filip Vysoudil, Roland Uerlich/Institut für Konstruktionstechnik

Über die Kooperation

Das Forschungsvorhaben „BaSS“ (Batterie-Sicherheits-Standardisierung) ist im Rahmen des Förderschwerpunktes „Technologieforschung für die Elektromobilität im Verbund mit China (EV-China)“ angesiedelt. Dieser sieht einen länderübergreifenden Wissenstransfer zwischen den Forschungsinstituten der Battery Labfactory Braunschweig (BLB) und dem Clean Energy Automotive Engineering Center (CEAEC) der Tongji Universität in Shanghai vor. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert „BasSS“ mit einer Million Euro. (aho)

Quelle: TU Braunschweig