Das Kompetenzzentrum Fahrzeug Elektronik betreibt ein Batterielabor, das „KFe – Lab“, um die industrielle Forschung an diversen Batterietechnologien voranzutreiben. Es können sowohl die für Elektrofahrzeuge gängige Li-Ion-Technologie untersucht, als auch andere Batterietechnologien, wie zum Beispiel Blei-Batterien, NiCd-Batterien oder NiMH-Batterien analysiert werden. Dabei sind Prüfungen von der einzelnen Zelle über Module bis hin zur Fahrzeug – Hochvoltbatterien unter verschiedensten thermischen Konditionen möglich. Mit Hilfe des Batterielabors können Kennlinien aufgenommen, kundenspezifische Lastprofile abgefahren und Innenwiderstandsmessungen durchgeführt werden. Dabei wird der AC-Innenwiderstand mit dem Verfahren der elektrochemischen Impedanzspektroskopie bestimmt.

Das zu der Batterie gehörige Batteriemanagementsystem kann mit Hilfe einer CAN – Schnittstelle ebenso auf Funktion und Sicherheit, sowie thermische Belastbarkeit geprüft werden.

Systemkomponenten

  • F90 Sicherheits – Prüfcontainer für Li-Ion-Batterien
  • F90 Sicherheits – Lagercontainer für Eingangs- und Ausgangsüberwachung
  • 1 – kanaliger Modultester bis 600V und 400A
  • 4 – kanaliger Zellentester bis 6V und 200A
  • 1 Klimakammer
  • 4 Temperaturschränke
  • Sicherheitsstufe bis Hazard Level 6
  • Elektrochemische Impedanzspektroskopie
  • Leitstand mit Kameraüberwachung

Lithium-Ionen-Batterien besitzen ein sehr hohes Potenzial für heutige und zukünftige Anwendungen in der Mobilität und der stationären Energieversorgung.

Ihre Bedeutung und Verbreitung wächst ständig. Damit verbunden ist die Notwendigkeit, neue und bessere Verfahren zur Diagnose und Charakterisierung von Lithium-Ionen-Batteriezellen und deren Komponenten entlang der Wertschöpfungskette von der Elektrodenproduktion bis zum mobilen oder stationären Einsatz zu entwickeln. Durch fortschrittliche Diagnoseverfahren sind einerseits die Qualität in der Elektroden- und Zellproduktion sicherzustellen und andererseits die Performance und die Sicherheit der fertigen Batteriezellen einwandfrei zu charakterisieren.

Grundlage für die Anwendung dieser Diagnoseverfahren ist ein gutes Verständnis der wesentlichen innerhalb einer Batteriezelle ablaufenden Mechanismen. Hierbei bietet das „KFe – Lab“ ein Labor für die Durchführung von kundenspezifischen Batterietests für Lithiumbatterien im eigenen Labor, technische Analysen, und Beratung.

Es können sowohl die für Elektrofahrzeuge gängige Li-Ion-Technologie untersucht, als auch andere Batterietechnologien, wie zum Beispiel Blei-Batterien, NiCd-Batterien oder NiMH-Batterien analysiert werden. tützende Einsatz von Modellierungsmethoden an. Eine wesentliche Herausforderung ist derzeit, eine hohe Aussagesicherheit und Reproduzierbarkeit der unterschiedlichen Messmethoden zu garantieren.

Technische Daten

Leistungsdaten Modultester

Eigenschaft                                                                                      Einheit

  • DC Ausgangsspannung  (4Q)                                              -600V – 600V
  • DC Ausgangsstrom                                                                ±300A (konst.);  ± 400A (peak*)  *30 Sekunden alle 15 Minuten
  • DC Ausgangsleistung                                                             ±80kW (konst.);  ± 135kW (peak*)  *30 Sekunden alle 15 Minuten
  • Genauigkeit vom Endwert                                                    ± 0,1%
  • Messrate                                                                                  2ms
  • Stromanstiegzeit ( 10% – 90% IΝ)                                        10ms ohmsche Last
  • Umschaltzeit Laden <-> Entladen (-90% bis + 90%)          20ms ohmsche Last
  • Anzahl der Testkreise                                                             1

Leistungsdaten Zelltester

Eigenschaft                                                                               Einheit

  • DC Ausgangsspannung                                                0V – 6V
  • DC Ausgangsstrom                                                       0,2A – 200A
  • DC Ausgangsleistung                                                   1,2kW pro Kanal
  • Genauigkeit vom Endwert                                           ± 0,1%
  • Messrate                                                                         1 ms pro Kanal
  • Stromanstiegszeit (10% – 90% IN)                             <10ms (0,2 Ω ohmsche Last)
  • Umschaltzeit Laden <-> Entladen (10% – 90%)          10ms
  • Anzahl der Testkreise                                                      4

Elektrochemische Impedanzspektroskopie

Eigenschaft                                                                                     Einheit

  • Widerstandsbereich                                                            0,3mΩ – 3000mΩ
  • Ausgangsstrom AC                                                              2A (max. Scheitelwert)
  • Auflösung AC Strom                                                            < 100μA
  • Frequenzbereich AC Strom                                                10mHz – 6,5kHz
  • Genauigkeit Frequenz                                                          0,005% vom Anzeigewert
  • Spannungsbereich Messung                                               0V – 20V
  • Eingangsimpedanz                                                               10GΩ
  • Auflösung Spannungskanal                                                5µV
  • Messgenauigkeit abs{Z}                                                       < 1%
  • Messgenauigkeit arg(Z)                                                        < 1°

Umweltbedingungen

Typ: Klimakammer VC³ 4060

Eigenschaften                                                                                 Einheit

  • Temperaturbereich                                                              – 42°C – 180°C
  • Temperaturänderungsgeschwindigkeit Heizen                  4 K/min
  • Temperaturänderungsgeschwindigkeit Kühlen                  3 K/min
  • Max. Wärmekompensation                                                     2500W
  • Temperaturbereich mit Klimaprüfung                                  10°C – 95°C
  • Feuchtebereich (abhängig von der Temperatur)                 10% r.F. – 98% r.F.
  • Innenraumvolumen                                                                   ca. 600l

 Typ: Temperaturschrank BD 53 (E3.1)

Eigenschaft                                                                             Einheit

  • Temperaturbereich                                                     0°C – 95°C
  • Innenraumvolumen                                                    ca. 53l