Der TU Graz steht mit dem Battery Safety Center Graz ab sofort eine hochmoderne Prüfstandstechnik für anspruchsvolle Forschungsprojekte und zukunftsgerichtete Lehre im Bereich Batteriesicherheit zur Verfügung. Insgesamt haben beide Kooperationspartner knapp 9 Mio. Euro investiert, davon alleine 5 Mio. Euro für den Bau und die Grundinfrastruktur. Offiziell eröffnet wird das Forschungszentrum am Campus Inffeldgasse im kommenden Jahr, wenn alle Prüfstände einsatzbereit sind

Heiß-kalt für Batterien

Auf insgesamt 550 Quadratmetern Laborfläche mit Technikumfeld finden am Battery Safety Center Graz eine elektro-thermische sowie eine mechanische Testumgebung Platz. Das Unternehmen AVL steuert zur elektro-thermischen Testumgebung drei Klimazellen mit je knapp 17 Kubikmeter für elektrische Batterietests bei. Jörg Moser vom Institut für Fahrzeugsicherheit und Leiter des neuen Forschungszentrums führt aus: „In den Klimakammern können wir Batteriesysteme während des Lade- und Entladevorgangs auf Herz und Nieren prüfen. Bei minus 40 bis plus 90 Grad Celsius. Dabei können wir die Batterien durch individuell programmierbare Zyklen gezielt altern und bekommen detaillierte Informationen zur Analyse der Batterieperformance. Das wäre unter normalen Bedingungen bei Testfahrten nur sehr schwer bis gar nicht zu bewerkstelligen.“ Ein hervorstechender Punkt dabei ist der Parallelbetrieb der drei Klimakammern. Damit kann man die Energie des Entladevorgangs in einer Kammer gleichzeitig zum Laden einer Batterie in einer anderen Kammer verwenden – ein wesentlicher Beitrag für eine nachhaltigere und ressourcenschonendere Batterieforschung.

Rund die Hälfte der Kapazitäten der Klimakammern ist für gemeinsame Projekte von TU Graz und AVL vorgesehen. Die andere Hälfte steht der TU Graz für Eigenforschungszwecke, Lehre und Forschungsprojekte mit anderen Kooperationspartnern zur Verfügung.

Crashanlage für Batterietests

Zusätzlich zu den Klimakammern sind im Battery Safety Center Graz völlig neue mechanische Testmöglichkeiten gegeben, darunter eine eigens am Institut entwickelte hoch dynamische Crash-Anlage für geladene Batterien. Auf einer Länge von knapp 20 Metern kann man mit einer Maximalgeschwindigkeit von mehr als 100 km/h zwei Versuchsvarianten fahren: erstens mit einer auf dem Prüfschlitten montierten Batterie, die extrem beschleunigt und abgebremst wird, und damit Kräften bis zum Dreihundertfachen des Batteriegewichts ausgesetzt ist. Und zweitens mit einer am Crashblock befestigten Batterie, die von einem am Prüfschlitten montierten Impaktor (das ist eine feste geometrische Form wie ein Zylinder oder eine Kugel) gezielt getroffen wird.

Auch die Sicherheitseinrichtung des gesamten Crashbereiches hat das Institut selbst entwickelt. Sie besteht aus einem 150 Tonnen schweren und vom Gebäude entkoppelten Crashblock mit integriertem Ventilationssystem. Spezielle Sensoren erfassen sämtliche relevante Daten über den Zustand der Batterie während einer Versuchsdauer, die teilweise nur wenige Millisekunden ist. Mehrere Highspeed-Kameras sowie eine eigens konzipierte Lichttechnik liefern hochaufgelöstes Bild- und Videomaterial zur detaillierten Analyse des Batteriesystems während des Versuchs.

Hydraulischer Prüfstand für extreme Versuchsgeschwindigkeiten

Für weitere mechanische Belastungstests steht im neuen Forschungszentrum ein hydraulischer Prüfstand namens „PRESTO 420“ für quasistatische, also extrem langsame und Versuchsgeschwindigkeiten zur Verfügung, wiederum selbst konzipiert am Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. Die Forschenden interessiert hierbei vor allem das teilweise sehr unterschiedliche Verhalten von Batterien aufgrund der Belastungsgeschwindigkeit. Geladene und ungeladene Batteriemodule, Batteriezellen und Zell-Stapel können die Experten mit einer maximalen Druckkraft von 420 Kilo-Newton (das entspricht der Gewichtskraft von circa 42 Tonnen) belasten.

Die Ladeeinheit „BATMAN“ ermöglicht das schnelle Laden und Entladen von Batterien bei gleichzeitiger Temperaturerfassung. „ROBIN“ ist eine Einspannungsvorrichtung für das Laden und Entladen unter kontrollierter mechanischer Vorspannung. „RIDDLER“ komplettiert die Testumgebung durch einem speziellen Batteriearbeitsplatz mit integriertem Abzugs- und Flutungssystem. Hier kann man Batteriemodule und -zellen nach den Belastungen auf den diversen Prüfständen unter höchsten Sicherheitsvorkehrungen zerlegen und für eine fachgerechte Entsorgung vorbereiten.

Jörg Moser verweist auf die strengen Sicherheitsvorkehrungen – schon beim Bau – des Battery Safety Center Graz: „Diese gesamte Testumgebung ist darauf ausgelegt, Batterien bis zur Belastungsgrenze zu beanspruchen. Entsprechend viel Wert haben wir daher auf Brandschutz-, Lösch- und Sicherheitsvorkehrungen gelegt und diese auch mit diversen externen Gutachtern, der Berufsfeuerwehr Graz und der Freiwilligen Feuerwehr der TU Graz abgestimmt und erprobt.“

19.10.2020 | Quelle: TU Graz | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH