Battery Testing

In unserem Lab Battery Testing bieten wir die Performancebestimmung für Batteriezellen und -systemen hinsichtlich Effizienz und Effektivität, Alterungsuntersuchungen sowie Sicherheits- und Zuverlässigkeitstests.

Unsere Services für Battery Testing:

  • Batterietestfeld zur Prüfung von klein- und großformatigen Batteriezellen bis zu Batteriesystemen
  • Batteriealterung: kalendarisch und zyklisch
  • Performance: Lebensdauer, Effizienz und Effektivität
  • Zuverlässigkeit unter verschiedensten Betriebsbedingungen und Alterungszuständen
  • Validierung von technischer und funktionaler Sicherheit
  • Entwicklung und Prüfung von Methoden zur Verhinderung des thermischen Durchgehens und der Propagation
  • Kontaktlose Qualitätsbestimmung und -bewertung in der Batteriezellproduktion
  • Nicht-zerstörende Defektlokalisierung in Batteriezellen
  • Mechanische Vermessung und Bewertung von Batteriezellen und -modulen durch Kompression

Alterungsuntersuchungen

Für die Untersuchung von Alterung und Lebensdauer von Batteriezellen und Batteriesystemen bieten wir Langzeittests in unseren Prüffeldern für Zellen, Module und Systeme in verschiedenen Spannungslagen an. Diese beinhalten sowohl die Untersuchung der Zyklenlebensdauer als auch die Analyse der kalendarischen Alterung sowie die Bestimmung der anwendungsspezifischen Restlebensdauer (engl. remaining useful lifetime). Die wichtigsten Parameter sind die Veränderung der Kapazität, des Innenwiderstands, der Wärmeabgabe und mechanische Ausdehnung. Die Prüfungen begleiten wir wissenschaftlich und beraten Sie hinsichtlich des Testdesigns.

Unsere Laborausstattung beinhaltet Prüffelder für Zellen, Module und Systeme, Impedanzspektroskopie und Kalorimeter, mit denen nach Norm oder nach Kundenanforderung in der Klimakammer oder in klimatisierten Räumen getestet wird.

Zum Leistungsspektrum unserer Labore gehören auch zerstörende Tests mittels mechanischer, elektrischer und thermischer Fehlbehandlung. Dazu stehen elektrodynamische Shaker, separate Shocker, Quetschen und Prüfstände für Nageltests zur Verfügung. Auch diese Tests können thermisch überlagert werden.

Battery Testing: Testeinrichtung für Batteriezellen
© Fraunhofer ISE
Testeinrichtung für Batteriezellen mit über 400 Testkreisen.
Battery Testing: Klimakammern für Batterieprüflinge
© Fraunhofer ISE
Klimakammern für Batterieprüflinge verschiedenster Größen.
Battery Testing: Wissenschaftliche Begleitung und Auswertung
© Fraunhofer ISE
Wissenschaftliche Begleitung und Auswertung unserer Untersuchungen.

Charakterisieren, Prüfen und zerstörendes Testen von Batterien zur Qualitätssicherung

Mit der fortlaufend rasanten Entwicklung des Batteriemarktes, insbesondere in mobilen und stationären Anwendungen, nimmt auch der Bedarf an nachvollziehbaren Untersuchungen und Testungen an Zellen und Systemen weiter deutlich zu. Fehler im Batteriedesign (auf Zell- wie auch Systemebene) können zu verringerter Performance, finanziellen Verlusten und kritischen Beschädigungen bis hin zu Unfällen führen. Durch etablierte Prüfverfahren und neuartige Charakterisierungsmöglichkeiten im Testlabor können Mängel auf Zellebene sowie im Systemaufbau und auch in der Systemauslegung frühzeitig identifiziert werden.

Um dieses Ziel zu verfolgen, bieten wir Batterietests von Zellen bis hin zu kompletten Systemen an, nach Kundenspezifikationen oder entsprechend etablierten Standards z.B. UN38.3, IEC 62133, IEC 62619; IEC 62841. Ferner begleiten wir unsere Kunden in der Erforschung von Alterungseffekten und in der Entwicklung von anwendungsorientierten Maßnahmen zur Lebensdaueroptimierung. Unsere moderne Ausstattung gewährleistet dabei einen zuverlässigen und sicherer Betrieb der Batterietests.

Schadensanalyse von defekten Batterien
© Fraunhofer ISE
Schadensanalyse von defekten Batterien.
Falltest eines Powertool-Akkus
© Fraunhofer ISE
Falltest eines Powertool-Akkus im Rahmen von Missbrauchsprüfungen.
Zerstörende Untersuchung
© Fraunhofer ISE
Zerstörende Untersuchung, hier Überladetest, an Batteriezellen in Schutzräumen und Bunkern.

Qualitätsbestimmung und -bewertung von Batteriezellen im Produktionsprozess

Die Qualitätskontrolle für eine zuverlässige und qualitativ hochwertige Batteriezellproduktion ist eine komplexe Aufgabe, bei der eine ganze Reihe von relevanten Einflussgrößen berücksichtigt werden müssen. Die Qualität von Batteriezellen spiegelt sich in verschiedensten Parametern wie beispielsweise der mechanischen Stabilität, Kapazität, Leistung oder Lebensdauer wider. Gründe hierfür sind Schwankungen der Materialqualität, aber auch bei den Produktionsprozessen wie Mischen, Beschichten, bei der Assemblierung und Formierung. Dies kann zu hohen Ausschussquoten führen.

Um den Ausschuss signifikant zu verringern, benötigen die Produktionsstätten Realtime-Feedback aus dem Produktionsprozess. Wir fokussieren uns auf die kontaktlose Qualitätskontrolle zur Lokalisierung von Defekten. Dies ermöglicht eine End-of-Line-Qualitätsbewertung von Batteriezellen. Neben der Qualitätsbestimmung und -bewertung in der Zellfertigung sind unsere Methoden und Prozesse besonders auch im Rahmen der Wareneingangsprüfung für Batteriesystembauer anwendbar.

Das Instrument der kontaktlosen Qualitätsbestimmung und -bewertung hilft, Optimierungspotenziale frühzeitig zu identifizieren, Ausschussraten zu minimieren und so Produktionskosten zu senken. Hierfür entwickeln wir Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätsbestimmung und datenbasierten Qualitätsbewertung von Batteriezellen, die für den Einsatz in Produktionslinien geeignet sind, beispielsweise im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts »OrtOptZelle« in Kooperation mit der RWTH Aachen. In unserem Batterie-Testlabor werden hierzu mechanische, optische, akustische und elektrische Methoden genutzt, um Batterien zu klassifizieren. Im Anschluss werden diese Methoden durch Post-Mortem-Analysen validiert, was die Zellöffnung, die Charakterisierung von Proben in Mikroskopen, Oberflächenanalysen und chemische Analytik umfasst. Diese Ergebnisse werden genutzt, um beispielsweise durch gezielte Kompression von Batteriezellen zur Optimierung der Batterieperformance und Lebensdauer beizutragen.

Nicht-zerstörende Charakterisierung von Batteriezellen
© Fraunhofer ISE
Nicht-zerstörende Charakterisierung von Batteriezellen und Druckapplikation während des Betriebs.
Aufnahme eines Elektrodenquerschnitts
© Fraunhofer ISE
Aufnahme eines Elektrodenquerschnitts unter dem REM (Raster-Elektronen-Mikroskop) als Analysemethode.
Post-Mortem-Analyse von Batteriezellen
© Fraunhofer ISE
Post-Mortem-Analyse von Batteriezellen: Öffnung unter Schutzgasatmosphäre.

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