Batterie-Testing der Zukunft

AVL hat nicht nur als langjähriger Entwickler für Mess- und Prüftechnik, sondern auch als zuverlässiger Entwicklungspartner der Automobilindustrie immer das Ohr am Puls der Zeit. Darüber hinaus zeigen wir uns stets offen für die Weiterentwicklung von Testverfahren und -methoden. Betrachten wir zukünftige Mobilitätskonzepte stellen wir ganz klar fest, dass diese von einem mehr oder weniger stark ausgeprägten elektrifizierten Antriebsstrang dominiert werden. Als Schlüsselkomponente gelten hierbei die Hochvoltbatterien. Mit ihren fahrleistungsbestimmenden Eigenschaften (z. B. Reichweite und Fahrzeuggesamtleistung) und mit ihren Kosten haben sie einen entscheidenden Anteil am Erfolg oder Misserfolg der Elektromobilität. Daher möchten wir an dieser Stelle einen gründlicheren Blick auf die Testverfahren von HV-Batterien werfen.

Stand heute ist das Testen von Batterien ein langwieriger und kostenintensiver Prozess. Deshalb haben wir uns gefragt, wo dieser Entwicklungsbereich Optimierungspotenzial bietet. Hierzu hat AVL die derzeitigen Testabläufe untersucht und im Hinblick auf Effizienz, Methodik und Geschwindigkeit analysiert. Speziell durch die AVL-typische Symbiose von Entwicklungsdienstleistungen für unsere Kunden und der selbstständigen Entwicklung unseres Testequipments sind wir in der Lage, einen ganzheitlichen Überblick über die Herausforderungen im Bereich Batterie-Testing zu geben.

Worum geht es beim Batterie-Testing?
Bei der Entwicklung einer HV-Batterie spielen u. a. folgende Faktoren eine entscheidende Rolle:

  • Lebensdauer
  • Energiedichte
  • Energieinhalt
  • Sicherheit
  • Integration
  • Fahrerlebnis
  • Kosten


All diese Punkte gilt es vorab klar zu definieren, damit unter Berücksichtigung sämtlicher Schlüsselfaktoren der „ideale“ Energiespeicher entwickelt werden kann. Die für den Einsatz im Fahrzeug konstruierte HV-Batterie muss vor der Serienreife zahlreiche Tests erfolgreich bestehen. Grundsätzlich lassen sich diese in vier Arten kategorisieren:

  1. Umwelttests (z. B. Korrosion)
  2. Sicherheitstests (z. B. Überladen, Kurzschluss)
  3. Missbrauchstests (z. B. Crashtests, Brandverhalten)
  4. Lebensdauertests (z. B. Betriebsfestigkeit, elektrochemische Alterung)


Daran wird deutlich, dass das Testen von Batterien ein enormes Spannungsfeld im Entwicklungsprozess darstellt, denn für ein optimales Resultat sind viele Faktoren in Einklang zu bringen.

Welche Testmerkmale sind bei der Analyse besonders zu betrachten?
Hierzu konzentrieren wir uns auf drei Schlüsselfaktoren:

  1. Testeffizienz,
  2. Qualität des Testens (Testmethodik und -verfahren) und
  3. Testgeschwindigkeit


Diese drei Kernelemente haben unmittelbaren Einfluss auf einen vierten Faktor: die Kosten. Optimiert der Batteriehersteller die ersten drei Bereiche, führt dies automatisch zu sinkenden Gesamtkosten.

Testeffizienz
Bei Batterietests mit thermischer Überlagerung führt die Forderung nach Durchtemperierung zu langen Testdauern. Der dafür notwendige Zeitaufwand in großen und damit auch teuren Prüfständen sowie die hohen Kosten für Batterieprototypen führen zu hohen Testgesamtkosten. Bei Alterungstests spielt zudem noch die Prüflingsverfügbarkeit eine wesentliche Rolle. Durch den Einsatz der richtigen Testverfahren und -methoden lässt sich für beide obengenannten Beispiele die Testeffizienz signifikant steigern. So können Alterungstests beispielsweise auf Grund von neuartigen Testmethoden anstelle von vollständigen Batterien auch allein mit den darin enthaltenen Zellmodulen durchgeführt werden, die lange vor dem kompletten Batterieprüfling verfügbar sind. Des Weiteren lassen sich thermische Belastungstest beispielsweise unter Anwendung der Methode der Dekomposition in verschiedene Prüfebenen aufteilen, die in Summe – bei paralleler Testdurchführung – einen deutlich rascheren Prüfdurchlauf ermöglichen, als es mit einer Gesamtbatterie der Fall wäre. Zusätzlich kann die Batterie mithilfe von AVL-Tools in einer simulierten Fahrzeugumgebung effizient geprüft werden. So lassen sich bereits in frühen Projektphasen sehr gute Absicherungsergebnisse generieren.

Testqualität
Die Qualität eines Testergebnisses hängt davon ab, wie gut der Test auf die jeweilige Komponente zugeschnitten ist. Zahlreiche Testmethoden, die heute für HV-Batterien angewendet werden, sind historisch aus kleineren E/E-Komponenten abgeleitet und werden den Anforderungen an moderne HV-Batterien nicht immer gerecht. Am Beispiel der Betriebsfestigkeitsprüfung führt eine falsche Testmethode schnell zu vielfach zu hohen Schädigungskennzahlen, oder anders ausgedrückt zum systematischen Overengineering. Nur ein sachgerechtes Testen durch Befähigung bekannter Testverfahren für HV-Batterien führt zu aussagefähigen Ergebnissen. AVL berät und unterstützt gerne als Entwicklungsdienstleister bei allen Fragestellungen rund um das Thema HV-Batterietests und deren Optimierung. Wir analysieren bestehende Testverfahren und erstellen – auf Wunsch – neue Testspezifikationen, die zur Komponente passen. Auf Grundlage einer hervorragenden Positionierung in diesem Bereich verfügt AVL über eine sehr breite Daten- und Erfahrungsbasis, die wir in die Neuentwicklung von Testmethoden und Testspezifikationen einfließen lassen können.

Testgeschwindigkeit
Sind die entsprechenden Prüfeinrichtungen, um die verschiedenen Umwelt-, Missbrauchs-, Sicherheits- und Lebensdauertests der Batterie durchzuführen global über mehrere Teststandorte verteilt, befinden sich die Prüflinge aufgrund der Testverfügbarkeiten zu häufig und zu lange im Versand. So verstreicht wertvolle und ungenutzte Zeit bis der Prüfling alle Tests absolviert hat. AVL bietet hierzu ihren Kunden Batterietestzentren für ein ganzheitliches Testen an einem einzigen Standort. So haben wir beispielsweise im letzten Jahr in Graz eines der modernsten Batterielabore Europas eröffnet. Auf rund 700 m2 bietet AVL dort modernste Prüfkapazitäten für die Kunden, um elektrische und thermische Batterietests – in einem Prüflauf kombinierbar – bis zu derzeit 750 kW bzw. 1.200 V durchzuführen. Mit dieser Expertise ist AVL auch der richtige Technologiepartner für schlüsselfertige, ganzheitliche Testlösungen für HV-Batterien. AVL verfügt über das entsprechende Know-how und die notwendigen Ressourcen, um komplette Batterielabore – nach Kundenwünschen – zu konzipieren. Wir unterstützen unsere Kunden von der Planung über den Bau bis hin zur finalen Inbetriebnahme.

Der anspruchsvolle Entwicklungsbereich Batterie-Testing bietet häufig erhebliches Optimierungspotenzial. Nur wenn Testeffizienz, -qualität und -geschwindigkeit bestmöglich aufeinander abgestimmt sind, entsteht am Ende ein sachgerechtes und preislich attraktives Produkt. AVL weiß mit diesen Herausforderungen umzugehen und ist in jedweder Hinsicht der richtige Ansprechpartner für Ihre Projekte. Bei weiteren Fragen, wenden Sie sich bitte an:

AVL Deutschland GmbH
Christian Hölzel
Tel.: +49 711 440 890 286
E-Mail: christian.hoelzel@avl.com
 


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