Beschleunigte Alterungstests und Lebensdauerprognosen

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Ahmed Chahbaz

Modellierung, Analytik und Lebensdauerprognose von Batterien

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Das Ziel des Projektes BALd im Kompetenzcluster Batterienutzungskonzepte unter dem BMBF-Dachkonzept der Forschungsfabrik Batterie, ist eine beschleunigte Lebensdauerprognose von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) durch eine Kombination verschiedener Labortests für reale Anwendungen zu erreichen. LIB erreichen immer höhere Lebensdauern, wodurch sich klassische Tests über Jahre hinziehen. Dies ist zu lange, um Entwicklungsprozesse gezielt unterstützen zu können. Im Rahmen dieses Projektes wird ein Konzept entwickelt, mit dem es ermöglicht wird, anhand von beschleunigten Alterungsmessungen an Lithium-Ionen Zellen nach zwei Wochen, nach sechs Wochen und nach drei Monaten eine qualitative Prognose zum zukünftigen Alterungsverhalten in direktem Bezug auf das Nutzungsszenario abgeben zu können, wodurch zunehmend belastbare und differenzierte Prognosen möglich werden. Damit soll eine schnelle Rückkopplung in den Entwicklungsprozess, und eine erhebliche Beschleunigung des letzteren, erreicht werden. Als Basis dienen Alterungstests, welche einerseits durch Verschärfung von verschiedenen Stressfaktoren (Temperatur, Pausenzeiten, Zyklentiefe, etc.) beschleunigt werden und andererseits durch die präzise Untersuchung von Alterungsindikatoren frühzeitig Ergebnisse liefern. Die Konzepte werden von verschiedenen herausragenden Forschungsinstituten in Deutschland zusammen erarbeitet und konzipiert.

 
  BALd

Kernpunkte im Projekt sind:

  • Entwicklung von Methodiken
    zur beschleunigten Lebensdauerprognose (z.B. stochastisch basierte Step-Stress Verfahren)
  • Beschleunigte Lebensdauercharakterisierung verschiedener Stressfaktoren (Temperatur, Druck, Zyklentiefe, Pausenzeiten etc.)
  • Erforschen von validen Übertragungsvorschriften zwischen beschleunigter
    und realer Alterung
  • Untersuchung der Pfadabhängigkeit zwischen Stressfaktoren
  • Exakte Erfasung von Nebenreaktionen durch neuartige Methoden wie der Floatstrommessung und der High-Precision Coulombmetry
  • Entwicklung eines ganzheitlichen Alterungs- und Ausfallmodells unter Berücksichtigung aller gewonnen Erkenntnisse

Mit den Ergebnissen von BALd können Entwicklungszyklen verkürzt, die Innovation schneller bewertet und der Produktionsaufwand für Prototypen reduziert werden. Der erzeugte Parametersatz soll Teil des „elektronischen Zellpass“ werden, der in Zusammenarbeit mit den anderen Clustern entwickelt wird. Die hier entwickelten Methoden können zusätzlich direkt in der Forschungsfabrik angewendet werden. Um die dortige Etablierung zu erleichtern ist eine Untersuchung von LIB aus der Forschungsfabrik oder anderen FFB-Forschungsproduktionslinien mit den in diesem Projekt entwickelten Methoden vorgesehen.

 
 

Laufzeit

01.Dezember 2020 – 30.November 2023

 
 

Förderung

Das Projekt BALd wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 03XP0320A im Rahmen des BMBF Kompetenzclusters „Batterienutzungskonzepte“ gefördert.

Bundesministerium für Bildung und Forschung
 
 

Partner

  • Institut für thermische Verfahrenstechnik (TVT) am KIT in Karlsruhe
  • Forschungsgruppe Elektromobilität und lernfähige SystemeTechnische Hochschule Ingolstadt
  • Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik (EES) und dem Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik (FTM) an derTechnischen Universität München
  • Gruppe Akkumulatoren am Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoffforschung (ZSW)
  • Institut für Statistik und Wirtschaftsmathematik (ISW) an der RWTH Aachen University