Mehr Sicherheit und längere Lebensdauer für Batterien

Von rechts: Marcel Thiele, Dr. Ralf Benger (beide EST der TU Clausthal) und Dr. Kai Kaufmann (DENKweit GmbH) bei der Inbetriebnahme eines ersten Prototyps. (c) EST

Das Bundeswirtschaftsministerium fördert die Entwicklung einer neuartigen Messumgebung zur Magnetfeld- und Stromdichtemessung an Lithium-Ionen-Batterien mit halber Million Euro. Angesiedelt ist das Projekt am Forschungszentrum Energiespeichertechnologien der TU Clausthal.

Sowohl im Bereich der Elektromobilität als auch für stationäre Anwendungen steigt die Nachfrage nach Hochleistungsbatterien stark an. Die hohen Leistungsanforderungen, insbesondere die erforderlichen hohen Stromraten, führen zu deutlich gesteigerten Ansprüchen an das Zelldesign und die Kontaktierung der Zellen. Diese beiden Bereiche sind sowohl für die Sicherheit der Systeme als auch deren Lebensdauer von erheblicher Bedeutung. Somit stellen sie auch die Qualitätskontrolle im Produktionsprozess vor neue Herausforderungen.

Es gibt derzeit jedoch nur wenige Methoden zur ex-situ-Charakterisierung der Alterung und Sicherheit von Batteriezellen. „Eine vielsprechende Methode zur Bewertung des Alterungs- und Sicherheitszustandes ist die Bestimmung der Stromdichteverteilung innerhalb der Zelle“, erläutert Projektleiter Dr. Ralf Benger vom Forschungszentrum Energiespeichertechnologien (EST) der TU Clausthal.

Die im Vorhaben zu entwickelnde Messumgebung ermöglicht durch den Einsatz der sogenannten flächigen Magnetvektorfeldanalyse eine kontaktlose Bestimmung von Stromstärke und -richtung und damit eine ortsaufgelöste flächige Übersicht von Stromdichte und resultierendem Magnetfeld. Hiermit sollen in einer Batteriezelle limitierende Strompfade, fehlerhafte Kontaktierungen oder auch sich anbahnende interne Kurzschlüsse zuverlässig entdeckt werden.

Ebenso ist die Analyse von gegebenenfalls auftretenden Stromverdrängungseffekten bei hochdynamischen Belastungen in hohen Leistungsbereichen möglich. Auf diese Weise können die Limitierungen bislang verfügbarer Messtechnik (lediglich punktuelle, nicht ortsaufgelöste Messungen, keine Visualisierung) überwunden und grundlegend neue Analysemethoden für Forschung und Praxis geschaffen werden.

Entwicklungspartner im Projekt ist die Denkweit GmbH aus Halle/Saale, die mit ihren B-Tech-Produkten bereits Messmöglichkeiten geschaffen haben, mit denen Rückschlüsse auf die Stromdichteverteilung von Photovoltaik-Anwendungen ermöglicht werden. Diese Erfahrungen sollen nun auf eine auf die Batterietechnik abgestimmte neue Messtechnik übertragen werden.

Die Aufgaben im Projekt liegen in der Erweiterung der Messmöglichkeiten (Dynamik, Messfläche, Auflösung, etc.) sowie in der Implementierung einer neu konstruierten Messumgebung, welche die Temperierung von Batteriezellen und deren Rotation zulässt.

Das gemeinsam entwickelte Konzept überzeugte auch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) stehen den Projektpartner Fördermittel von insgesamt 570.000 Euro für einen Zeitraum von 20 Monaten zur Verfügung.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Marcel Thiele, M.Sc.
Forschungszentrum Energiespeichertechnologien
E-Mail: marcel.thiele@tu-clausthal.de
Telefon: +49 5321 3816-8061

http://www.tu-clausthal.de

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