Ein Lithium-Ionen-Akku ist ein komplexes Gebilde, das wie jede andere Komponente im Auto viele anspruchsvolle Tests durchlaufen muss. Hinzu kommt, dass die Batterie mit in die Karosserie integriert wird und somit ein wesentlicher Bestandteil des Fahrzeuges ist. Phoenix Testlab betreibt in Blomberg dafür ein eigenes, spezialisiertes Labor.
Phoenix Testlab
Tests an vielen verschiedenen Produkten durchzuführen bedeutet, eine große Verantwortung für das zu übernehmen, was man macht. Es gilt, sich in der normativen Welt auszukennen, zu wissen, wie die Produkte funktionieren und das eigene Handwerk sicher zu beherrschen. Gerade bei neuen Technologien wie Lithium-Ionen-Akkus die anfänglich ohne eine geeignete normative Grundlage getestet werden mussten, ist mit besonderer Sorgfalt vorzugehen.
Phoenix Testlab hat sich auf dem Gebiet der Umweltsimulation für viele verschiedene Produkte spezialisiert und so entsprechendes Know-how in der Durchführung von Tests erlangt. Für die Zulieferer der Automobilindustrie sind große, schwere Komponenten wie die Batterie zwar ein neues Aufgabengebiet, aber Phoenix Testlab hat bereits Erfahrungen mit Produkten dieser Dimensionen gemacht, da Produkte anderer Industriezweige ganz andere Ausmaße annehmen.
Labor für die Energiespeicher der Zukunft
Speziell zum Testen von Hochleistungsbatterien für Elektrofahrzeuge hat Phoenix Testlab in Blomberg eines der modernsten Labore seiner Art entwickelt und aufgebaut, um dort zahlreiche Umweltsimulationserprobungen an Zellen, Modulen und Batteriesystemen durchzuführen.
Bei der Gesamtkonzeption des Labors standen die Sicherheit für die Mitarbeiter sowie der Schutz der Prüflinge und der Prüfgewerke im Vordergrund. Wichtig war hierbei, dass der übrige Laborbetrieb bei Phoenix Testlab nicht beeinträchtigt wird und dass Produkte von Marktbegleitern parallel getestet werden können.
Phoenix Testlab
Um die vielen unterschiedlichen Prüfanforderungen für Hochleistungsbatterien zu erfüllen, ist das Labor modular aufgebaut und je nach Prüfling in verschiedene Prüfgewerke und Sicherheitskonzepte unterteilt. Dabei durchlaufen die Batterien unter Berücksichtigung der Größe und Masse sowie der zu prüfenden elektrischen Parameter verschiedene Prüfgewerke, um sowohl die Sicherheit als auch die Qualität des Produkts zu testen. Für die Ladung oder Entladung der Batterie besitzt das Testlabor hochdynamische Batterieprüfgeräte, die in kürzester Zeit extrem hohe Ströme bereitstellen.
Zur sicheren Durchführung der Tests hat Phoenix Testlab redundante Messsysteme aufgebaut. Durch diese Systeme ist eine Kommunikation mit allen beteiligten Prüfgewerken und Messeinrichtungen möglich. Um die Qualität eines Prüflings zu testen, laufen die einzelnen Prüfungen oftmals über mehrere Tage rund um die Uhr. Dies wird durch eine Automatisierung der Prüfstände ermöglicht, bei der alle am Test beteiligten Geräte miteinander kommunizieren und auf Anforderungen des Batteriemanagements reagieren können. Die versuchsrelevanten Daten laufen in einer zentralen Leitwarte zusammen. Dadurch erhalten die Prüfingenieure einen schnellen Überblick über das Prüfgeschehen, um so jederzeit in die Testabläufe einzugreifen.
Simulation von extremen Temperaturen
Die Batterie muss beweisen, ob sie ihre Leistungsfähigkeit sowohl bei extremer Kälte als auch bei Wärme beibehält. Um die immer größer werdenden Batterien auch unter extremen Umgebungstemperaturen testen zu können, hat Phoenix Testlab begehbare Klimakammern aufgebaut. In diesen Kammern lassen sich komplette Unterbodenbatterien testen. Für den Test kleinerer Batterien, die in Hybridmodellen zum Einsatz kommen, besitzt das Labor Klimakammern mit einem Volumen von 1,5 m3 bis 4 m3. Außerdem sind die Prüfplätze so aufgebaut, dass immer zwei Batterien gleichzeitig in einer Prüfkammer getestet werden können.
Für den Betrieb der Batterie sind eine Restbussimulation und eine interne Temperierung erforderlich. Je nach Prüfspezifikation sind verschiedene Medien für die Temperierung nöti, wobei der Kunde zwischen verschiedenen Geräten wählen kann; vorhanden sind Geräte für Silikonöl, Wasser-Glykol-Gemisch und Kompressionskälte. In den Klimakammern besteht die Möglichkeit, Kälte-, Wärme-, Temperaturwechsel-, Temperaturschock- sowie Klimatests mit Lade- und Entladevorgängen durchzuführen.
Salzhaltige Atmosphäre und Transportbedingungen
Jedes Fahrzeug trifft früher oder später auf eine salzhaltige Atmosphäre – sei es durch Meeresluft oder im Winter, wenn die Straßen gestreut sind. Befindet sich die Batterie im Unterboden des Kraftfahrzeuge, dann kommt sie mit der Atmosphäre direkt in Berührung. Um den Betrieb beziehungsweise Test unter solchen Bedingungen zu ermöglichen, stehen spezielle Prüfanlagen bereit, in denen diese Tests durchgeführt werden.
Für den Transport der Batterien auf der Straße, auf See oder auch im Luftverkehr sind zusätzliche Prüfungen erforderlich. Die Anforderungen hierzu kommen aus nationalen und internationalen Übereinkommen, die den Transport regeln. Umgesetzt sind die Übereinkommen in das jeweilige nationale Recht und sind in der EU-Verordnung rechtsgültig. Ohne das Bestehen dieser Prüfungen dürfen Batterien, mit Ausnahme von Sonderregelungen, nicht transportiert werden.
Für diese Tests stehen bei Phoenix Testlab Temperaturschock-Anlagen zur Verfügung, die schnelle Temperaturwechsel realisieren können. Des Weiteren existiert im Labor eine Anlage zur Überprüfung der Unterdruckfestigkeit, die den Transport im Frachtraum eines Flugzeuges ohne Druckausgleich simuliert.
Schwingungen und Schocks
Ein wichtiger Teil der Prüfungen sind die mechanischen Erprobungen der Batterien. Dies gilt zum einen für den Transport, bei dem die Batterie Sinusprofilen ausgesetzt wird, um zu überprüfen, ob die Batterie den extremen Anforderungen standhält und somit sicher ist. Zum anderen erfolgen Lebensdauertests, bei denen die Batterie durch eingeleitete Rauschprofile und durch Temperaturüberlagerung mit elektrischem Betrieb getestet wird. Zusätzlich sind Schocktests erforderlich, die beispielsweise das Überfahren von Randsteinen simulieren.
Zur Umsetzung dieser anspruchsvollen Testspezifikationen hat Phoenix Testlab Vibrationsprüfanlagen mit Kraftvektoren von bis zu 200 kN aufgebaut. Die Prüfplätze verfügen über alle Geräte, die für die Testdurchführung erforderlich sind.
Dipl.-Ing. Michael Jonca
(av)
