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In diesem Projekt soll am Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction of Electrochemical and Power Electronic Systems (CARL) an der RWTH Aachen ein hoch automatisierter Prüfstand zur umfangreichen Zellcharakterisierung vor und nach Alterungstests von Batteriezellen aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Dieser wird kombiniert mit einem automatisiert angesteuerten Zyklisierungsprüfstand, welcher eine individuelle Belastung und Vermessung der Zellen während Alterungstests bei definierten Temperaturen erlaubt. Ziel ist es dabei, regelmäßig, vergleichbar und detailliert Batteriezellen zu charakterisieren. Damit können die Auswirkungen von Material- und Prozessänderungen in der Zellfertigung untersucht, quantifiziert und zurückgespiegelt werden. Hierbei sollen in einer standardisierten und automatisierten Messprozedur neben den klassischen Parametern wie Gewicht, Spannung und 1kHz-Widerstand auch Daten aus weiteren Messungen aufgenommen werden. Dies sind aus elektrischen Messungen neben der Zellkapazität auch vollständige Messungen der Elektrochemischen Impedanz (EIS) und zusätzlich während des Messzyklus optisch aufgezeichnete Wärme- und Ausdehnungsinformationen. Ergänzt wird die elektrische Messung um bildgebende Aufnahmen mittels eines Computertomographen zur Untersuchung innerer, mechanischer Effekte. Die hohe Automatisierung des gesamten Testablaufs erlaubt es, täglich neue Zellproben aus Zellfertigungsanlagen wie beispielsweise der Fraunhofer FFB aufzunehmen und zu charakterisieren. Ein vergleichbares System ist uns so weltweit nicht bekannt.

Das automatisierte Montieren und Kontaktieren der Batteriezellen auf standardisierten Zellhalterplatinen inklusive ID-basierter Testverwaltung ermöglicht eine effiziente, nachverfolgbare und vergleichbare Überführung in den Alterungstest. Der Alterungstest findet mit hochgenauem, effizientem Testequipment zur Einstellung der Umgebungsbedingungen, zur elektrischen Zyklisierung, sowie zur Vermessung unter variablen Lastprofilen statt. Im Anschluss an den Alterungstest werden die Zellen noch einmal mit der standardisierten Charakterisierungsprozedur vermessen, um einen Vorher-Nachher Vergleich der Daten durchführen zu können. Die Auswertung der aufgezeichneten Daten kann aufgrund der zentralen Speicherung in einem Datenbanksystem zum einen mit klassischen, seit vielen Jahren am ISEA entwickelten Auswertemethoden, als auch zum anderen mittels Methoden des maschinellen Lernens erfolgen. Die ermittelten Ergebnisse können durch Etablierung von direkten Schnittstellen zur Fertigungsstätte auf kürzestem Wege in den Produktionsprozess einfließen. Am CARL steht für die weitergehende Charakterisierung der Morphologie und der chemischen Veränderungen der Aktivmaterialien und des Elektrolyten eine umfangreiche, hochspezialisierte Laborausstattung zur Verfügung.

  Konzept zur physischen und datenbasierten Verknüpfung von Zellfertigungen mit dem Prüfstand  

Förderung:

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) – Förderkennzeichen 03XP0459A

 

Partner:

• Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB