TU Graz-Prüfstandstechnikerin Ajla Purkovic und Christian Trummer am Bedienpult der Klimakammern, von wo aus das Altern von Batterien individuell programmiert und unterschiedliche Umgebungstemperaturen simuliert werden. ©Bild: Lunghammer, TU Graz

Das BSCG-Team an der eigens am Institut für Fahrzeugsicherheit entwickelten Crash. ©Bild: Lunghammer – TU Graz

Die beiden TU Graz-Mitarbeiter Christian Ellersdorfer (links) und Christian Trummer bereiten einen Crash-Versuch vor, bei dem ein am Prüfschlitten montierter Impaktor gegen eine am Crashblock befestigte Batterie prallt. ©Bild: Lunghammer – TU Graz

In den Klimakammern am BSCG werden Batteriesysteme während des Lade- und Entladevorgangs auf Herz und Nieren geprüft. ©Bild: Lunghammer – TU Graz

Freuen sich über die Forschungsinfrastruktur: Harald Kainz (Rektor TU Graz), Helmut List (CEO AVL), Robert Fischer (GF Engineering + Technik Antriebssysteme AVL), Hermann Steffan (Institutsleiter VSI), Jörg Moser (Leiter BSCG) ©Bild: Frankl, TU Graz

TU Graz und AVL: Starten Battery Safety Center Graz – von Crah-Tests über den hydraulischen Prüfstand bis zur Entsorgung

(PM) Herzstück des Forschungszentrums sind Klimakammern zur gezielten Batterienalterung unter verschiedensten Bedingungen sowie neuartige mechanische Testumgebungen, darunter eine hoch dynamische Crash-Anlage für geladene Batterien.


Das erklärte Ziel des Battery Safety Center Graz ist es, Batterien für E-Fahrzeuge gezielt an ihre Belastungsgrenzen zu führen und dabei wertvolle Daten zur Sicherheit von zukünftigen elektrischen Energiespeichersystemen zu generieren. Im Fokus der neuen Forschungseinrichtung an der TU Graz stehen zwei Themenbereiche: das definierte Altern von Batterien zur Analyse des Langzeitverhaltens und das Verhalten von geladenen Batterien unter mechanischer Belastung allgemein und bei Unfällen im Speziellen.

Die innovativen Versuchsmöglichkeiten unter Laborbedingungen machen das Zentrum zur europaweit einmaligen Forschungseinrichtung dieser Art. Offiziell eröffnet wird das Forschungszentrum am Campus Inffeldgasse im kommenden Jahr, wenn alle Prüfstände finalisiert und einsatzbereit sind.

Für anspruchsvolle Forschung und zukunftsgerichtete Lehre
Der TU Graz steht mit dem Battery Safety Center Graz ab sofort eine hochmoderne Prüfstandstechnik für anspruchsvolle Forschungsprojekte und zukunftsgerichtete Lehre im Bereich Batteriensicherheit zur Verfügung. Der wesentliche Teil der Testinfrastruktur sowie die Gebäudeinfrastruktur selbst kommen von der TU Graz, AVL bringt sich mit drei Klimakammern für elektro-thermische Tests in die Kooperation ein. Insgesamt haben beide Kooperationspartner knapp 9 Mio. Euro investiert, davon alleine 5 Mio. Euro für den Bau und die Grundinfrastruktur.

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. AVL steuert zur elektro-thermischen Testumgebung drei idente 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 die Energie des Entladevorgangs in einer Kammer gleichzeitig zum Laden einer Batterie in einer anderen Kammer verwendet werden – 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 können – mit einer Maximalgeschwindigkeit von mehr als 100 km/h – zwei Versuchsvarianten gefahren werden: 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 wurde am 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 namens „Presto 420“
Für weitere mechanische Belastungstests steht im Battery Safety Center Graz 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 mit einer maximalen Druckkraft von 420 Kilo-Newton (das entspricht der Gewichtskraft von circa 42 Tonnen) belastet werden.

Batman, Robin und Riddler zum Laden, Entladen und Entsorgen
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. Komplettiert wird die Testumgebung von „Riddler“, einem speziellen Batteriearbeitsplatz mit integriertem Abzugs- und Flutungssystem. Hier werden Batteriemodule und -zellen nach den Belastungen auf den diversen Prüfständen unter höchsten Sicherheitsvorkehrungen zerlegt und für eine fachgerechte Entsorgung vorbereitet.

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.“

Text: TU Graz

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