Relevanz des Themas Elektromobilität und Speicher für erneuerbare Energie

Mit zunehmender Relevanz des Themas Elektromobilität rückt auch die Frage in den Mittelpunkt, wie sich Batterien von Elektroautos unter Crashbelastungen verhalten. In diesem wichtigen und zukunftsweisenden Industrie- und Forschungsfeld will das Fraunhofer EMI die Anwendung seiner Fachkenntnis zur Crashsicherheit, die bezüglich Batterieprüfung bislang auf Batteriezellebene stattgefunden hat, auf Batteriemodule und Gesamtbatterien erweitern. Ziel ist es, die vorhandenen Kompetenzen auszubauen sowie den Stand der Technik und die wissenschaftliche Expertise zum Nutzen der hiesigen Industrie und der Behörden voranzutreiben.

Auch im Bereich der stationären Energiespeicher besteht Forschungsbedarf zur Sicherheit von großen Batteriesystemen. Durch den zunehmenden Anteil an fluktuierender erneuerbarer elektrischer Energie (zum Beispiel Wind- und Solarenergie) müssen im Netz oder für »Selbstversorger« zu Hause auch entsprechende Speicher verfügbar sein. Die Sicherheit dieser Speicher bei technischen Defekten, Fehlbedienungen, Unfällen oder Naturkatastrophen muss jederzeit gewährleistet sein.

 

Verhalten unter Missbrauchsbedingung – Abuse-Tests

Abuse-Tests (Missbrauchsprüfungen) sind Sicherheitsprüfungen, bei denen die Batterien Einflüssen ausgesetzt werden, wie sie bei missbräuchlichem Einsatz oder im Fehlerfall unter extremen Bedingungen herrschen. Dies können beispielsweise mechanische Belastungen, sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen oder Kurzschlüsse sein. Diese Tests enden nicht selten im sogenannten »Thermal Runaway«, dem thermischen Durchgehen, bei dem die gesamte gespeicherte Energie der Zelle innerhalb kurzer Zeit freigesetzt wird.

Viele Aspekte zur Batteriesicherheit kann man auf Zell- oder Modulebene untersuchen. Allerdings lassen sich nicht alle Effekte von größeren Batteriesystemen allein auf Basis von Zellexperimenten vorhersagen. Schon die Anordnung der Zellen innerhalb der Batterie kann Auswirkung auf das Schadensverhalten haben. Beispielsweise kann eine »Propagation des Thermal Runaway« auftreten, das heißt eine Kettenreaktion, bei der eine Zelle aufgrund der Hitzeentwicklung die benachbarte Zelle ebenfalls zum thermischen Durchgehen anregt.

 

Finanzierung durch Land Baden-Württemberg und Fraunhofer

Die Finanzierung des zukünftigen Batterieprüflabors in Höhe von circa 1 Million Euro, je hälftig durch das Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg und durch Fraunhofer-Eigenmittel, unterstreicht den Stellenwert der notwendigen Forschungsarbeiten.

Aufgrund der absehbaren Weiterentwicklung im Bereich der Lithium-Ionen-Zelltechnologie, mit dem Ziel, Batterien immer höherer Energiedichte auf den Markt zu bringen, wird auch in Zukunft eine große Nachfrage an entsprechenden Sicherheitsuntersuchungen erwartet.

 

Batterieprüflabor in Genehmigungsphase

Das Prüflabor befindet sich noch in der Genehmigungsphase. Die erste Hürde wurde genommen: Der Technische Ausschuss in Efringen-Kirchen hat im Januar 2020 dem Bauantrag zugestimmt. Nun gilt es die Baugenehmigung durch die zuständigen Behörden abzuwarten. Ist die Baufreigabe erteilt, ist mit etwa einem Jahr Bauphase zu rechnen, bevor das neue Batterieprüflabor in Betrieb gehen wird.

 

Lösungen durch ein Labor mit höchster Sicherheitsausstattung

Nach der Fertigstellung des neuen Labors wird die Testanlage einzigartige Voraussetzungen für die Durchführung von zerstörenden Tests an großen Batteriesystemen unter Einhaltung höchster Sicherheitsstandards für Mitarbeitende, Infrastruktur und Umwelt bieten.

Somit unterstützt das Fraunhofer EMI die Transformation des Verkehrswesens hin zur sicheren Elektromobilität sowie die Nutzung von erneuerbaren Energien durch stationäre Batteriespeicher mit höchstmöglicher Sicherheit.