Resonanzen, Vibrationen, Schockbelastung, externe Krafteinwirkung und Detektionsmethoden für Lithium-Ionen-Batterien

Im Projekt ReViSEDBatt untersucht die Technische Universität München (TUM) den Einfluss von Vibrationen, Resonanzen und Schocks auf Lithium-Ionen-Zellen und den Zellverbund einschließlich der Fügeverbindungen sowie die Detektion der entstehenden Schädigungen. Das Ziel der Arbeiten ist die Erhöhung der Sicherheit und der Lebensdauer der Zelle und des Zellverbunds, indem Detektionsmethoden für die Fehlerfälle identifiziert und getestet sowie die Vibrations- und Schockfestigkeit der laserbasierten Fügeverbindungen im Zellverbund optimiert werden. Hierfür müssen umfangreiche Versuche durchgeführt werden, um mittels Modalanalyse die elektrochemischen und mechanischen Wirkmechanismen der Zellalterung und -Sicherheit aufzuklären.

Das geplante Vorhaben ist in fünf Arbeitspakete unterteilt. In AP1 werden die Prüflinge sowie die Testprozeduren für die folgenden Arbeitspakete definiert. Hier liegt der Fokus auf realistischen Testszenarien für die Untersuchungen zur Aufklärung der Wirkmechanismen einer elektrochemisch-mechanischen Alterung. In AP2 werden aufbauend auf AP1 die periodischen, in AP3 die dynamischen und in AP4 die statischen Belastungen auf die verschiedenen Zelldesigns und deren Auswirkung auf die Alterung untersucht. Im abschließenden AP5 werden neuartige Detektionsmethoden für die untersuchten Schadensszenarien erarbeitet. Ziele sind die Detektion von Schädigungen vor Erreichen eines kritischen Zustands, deren Lokalisation sowie die Überführung in hochintegrierten Batterie-Management-Systemen (BMS). Die TUM legt den Schwerpunkt der Arbeiten auf die Arbeitspakete zur periodischen Belastung, also Vibrationen und Resonanzen, Schockbelastungen sowie der Detektion und der Lokalisation von Schädigungen.

Quelle: https://www.enargus.de/pub/bscw.cgi/?op=enargus.eps2&q=%2201178857/1%22&v=10&id=333716 (jüngster Zugriff: 30.08.2024)

Das Verständnis mechanischer Einflüsse insbesondere periodischer und dynamischer Einflüsse sowie Resonanzen ist noch nicht in hoher wissenschaftlicher Tiefe untersucht. Neben der damit verbundenen Stärkung des Wissenschaftsstandorts Deutschlands und dem Einbezug der gewonnenen Erkenntnisse in die Ausbildung junger Nachwuchswissenschaftler soll der ganzheitliche Ansatz unter Einbezug von Zellen, Kontaktierungs- bzw. Fügeverfahren, Prozesstechnik und Sensorik die Entwicklung hochwertiger Energiespeichersysteme ermöglichen. Ebenso soll das Wissen im Bereich der Fügetechnologien, im Anlagenbau der automatisierten Energiespeicherproduktion, im prozessbegleitenden Testen und in der Sensorik weiter aufgebaut werden. Hierdurch ergibt sich das Potenzial, durch den Einbezug einer bisher wenig beachteten Belastungsart, Energiespeicher sicherer und langlebiger zu entwickeln und zu fertigen.