Projekte

Im Rahmen öffentlicher Projekte und für Industriekunden entwickelt und betreibt das EMI Anlagen zur Untersuchung des Verhaltens von Batteriezellen unter verschiedensten Belastungen. Das Spektrum reicht von quasistatischen Druck-, Biege-, Quetsch- und Penetrationsversuchen über Versuche bei crashrelevanten Geschwindigkeiten bis zu Beschussversuchen für sicherheits- und verteidigungstechnische Anwendungen. Mit Hochgeschwindigkeits-Video und Röntgentechnik, Kraft-, Verformungs-, elektrische Spannungs- und Temperaturmessungen sowie spektroskopischen Analysen steht das diagnostische Instrumentarium zur Verfügung, um Prozesse bis hin zu explosionsähnlichem Verhalten mit den erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen zu untersuchen.

Das Projekt DINA adressiert die Erforschung von effizienten und zuverlässigen Diagnosemöglichkeiten und Reparaturkonzepten. Ziel ist die eindeutige Fehlererkennung anhand von Fehlerbildern und die Modularisierung der Instandsetzung bei Elektrofahrzeugen. Der Beitrag des EMI war die Anwendung von Systemanalysemethoden (FMEA, Fehlerbaumanalyse) zur Untersuchung des Einflusses von Komponentenfehlern auf das Systemverhalten. Diese Analysen dienten als Basis für die Generierung von symptombasierten Fehlersuchanleitungen. So konnten im weiteren Schritt anhand der identifizierten Ursache-Symptom-Beziehungen neue Anforderungen an zukünftige Prüfmethoden und Testeinrichtungen zur Fehlerlokalisierung definiert werden.

Partner:

Dekra Automobil GmbH

Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS)

Fraunhofer EMI

Robert Bosch GmbH

Basierend auf der Materialcharakterisierung von Li-Ion-Zellen und der Durchführung von mechanischen Abuse-Versuchen an Batterien mittels eigens entwickelter Testaufbauten wurde eine kontinuumsmechanische Modellierung von Batteriemodulen realisiert und in Gesamtfahrzeugsimulationen eingesetzt.

Das EMI lieferte signifikante Beiträge zur Entwicklung neuer Methoden für die Beurteilung der Batterieschädigung in Elektrofahrzeugen bei Unfällen in Experiment und Simulation, zur Identifikation kritischer Crashlastfälle und zur Weiterentwicklung von gängigen Prüfvorschriften, z.B. einen neuen instrumentierten Pfahlaufpralltest.

Partner:

Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)

Forschungsinstitut für Verkehr und Transportwesen (VTI)

Fraunhofer EMI

Fraunhofer ICT

TU Chemnitz

Volvo Car Corporation (VCC)

Das ISE arbeitet an neuen Funktionalitäten eines Batteriemanagements, mit denen insbesondere Alterungsvorhersagen durchgeführt werden können, bis hin zur Auswirkung eines einzelnen Lade-/Entladevorgangs auf die verbleibende Restlebensdauer der Batterie. Grundlage der Abschätzung sind effiziente Alterungsmodelle, die sich auf BMS Hardware-Plattformen implementieren lassen.

Schwerpunkte sind in diesem Projekt die Alterungsuntersuchungen, die Entwicklung eines elektrischen Alterungsmodells und eines thermischen Modells auf Zell- und Modulebene sowie die Entwicklung von modellbasierten Verfahren zur Alterungsvorhersage.

Regelmäßig auftretende Fahrphasen hoher Belastung machen oftmals den Einbau eigentlich überdimensionierter Motoren in Fahrzeigen notwendig. Zur Abdeckung kurzzeitiger Leistungsspitzen wurden daher im Rahmen des Projektes FSEM II spezielle  Ultra-Hochleistungsbatterien („Li-Booster“), entwickelt, die mit bis zu 50 C geladen und entladen werden können. Die Batterie zeichnet sich darüber hinaus durch eine hohe Eigensicherheit und sehr geringe Alterung aus. Das Einsatzspektrum umfasst dabei auch  Start / Stopp Systeme, Starterbatterien und Akkumulatoren für das zukünftige 48 V Bordnetz.

In MeLuBatt werden zwei zentrale Lösungsansätze werden verfolgt: Zum einen sollen die Ursachen der Elektrolyt-Zersetzung in Metall/Luft-Batterien (MLB) erforscht werden, um Lösungen für diese Problematik nach dem Vorbild der Li-Ionen Batterien (LIB) erarbeiten zu können. Zum anderen soll erforscht werden, ob der erheblich reaktivere Singulett-Sauerstoff bei der elektrochemischen Bildung von Sauerstoff die bekannten Degradationsphänome verursacht. Die im Projekt gesammelten Erkenntnisse werden zur Elektrolyt- und Anoden-Stabilisierung erstmals konzertiert für eine Vielzahl von Metall/Luft-Batterien hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, auch im Vergleich zu LIB, angewendet. Die MLB-Vollzellen sind abgestimmt auf Anode, Elektrolyt und Kathode.

Der Schwerpunkt des Fraunhofer IFAM liegt in der Entwicklung einer idealen Gasdiffusionselektrode (Kathode) für die unterschiedlichen im Projekt untersuchten Metall/Luft-Systeme und diese unter Betriebsbedingungen zu testen.

Partner:

Justus Liebig Universität, Prof. Janek

Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Prof. Winter

Technische Universität Braunschweig, Prof. Krewer

Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Dr. Marinaro

Forschungszentrum Jülich, Prof. Eichel

Universität Bonn, Prof. Baltruschat

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen dreidimensionalen, schaumbasierten Elektrodenstruktur für die Verwendung in Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen und festen Elektrolyten. Durch das spezielle Design dieser Elektroden können die Energie- und Leistungsdichte sowie die intrinsische Sicherheit im Vergleich zu konventionellen Batteriezellen spürbar verbessert werden.

Das Fraunhofer IFAM beschäftigt sich mit der Applikation funktionaler Schichten auf den 3D-Substraten: Elektrode/Festkörper-Elektrolyt, sowie mit der Entwicklung von Zellkonzepten und dessen elektrochemischer Charakterisierung.

Partner:

Alantum Europe GmbH

VARTA Microbattery GmbH

Jahnke GmbH

SEMA Gesellschaft für Innovationen mbH

Fraunhofer IAP

Hochschule Osnabrück

Smart Battery Solutions GmbH

enfas GmbH 

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines neuartigen und kostengünstigen Fertigungsverfahrens zur Herstellung intelligenter Polymerfolien, um die weiter steigenden Sicherheits- und Qualitätsanforderungen an Lithium-Ionen-Zellen zu gewährleisten. Diese Polymerfolien können auf konventionelle prismatische Lithium-Ionen-Zellen aufgebracht oder direkt als Hüllenmaterial verwendet werden und dienen als Ergänzung zu konventionellen Batteriemanagementsystemen der kontinuierlichen Überwachung des Lade- und Gesundheitszustand der Zellen. So kann z.B. die Sicherheit von billig produzierten prismatischen Zellen in einem nachträglichen Arbeitsprozess signifikant gesteigert werden.

Partner:

-   Fraunhofer HHI – Abteilung Faseroptische Sensorsysteme

-   Fraunhofer IFAM, Oldenburg

-   Power Innovation Stromversorgungstechnik GmbH

-   Stöbich Technology GmbH