EV Batterien - Die entscheidende Rolle mechanischer Prüfung

Mechanische und multifunktionale Prüfungen sind nicht nur Werkzeuge zur Qualitätskontrolle, sondern auch Schlüssel für Innovationen. Sie liefern wichtige Erkenntnisse, die zur Verbesserung von Materialien und Prozessen führen und damit die Entwicklung der Batterietechnologie vorantreiben.

• Herstellung optimieren/ Kosten reduzieren
  Eine Kostenreduktion kann in den kommenden Jahren vor allem durch eine Erhöhung der Energiedichte in den Zellen, eine Reduzierung der Materialen- und Rohstoffmenge und der daraus folgenden Verarbeitungskosten sowie durch eine Effizienzsteigerung bei der Herstellung der Zellen erreicht werden. Die Materialprüfung führt zu einem besseren Materialverständnis, sodass Materialien weiterentwickelt und bestmöglich eingesetzt werden können. So können hohe Kosten für Ausschuss reduziert werden.
• Reichweite und Lebensdauer verbessern
  Neben der weiteren Optimierung von Lithium-Ionen Batterien im Hinblick auf Lebensdauer/Reichweite, setzt die Branche auch perspektivisch auf eine weitere Batterietechnologie. Alle großen Hersteller investieren in Forschungsaktivitäten in der Feststoffbatterie-Technik. Hierbei gibt es jedoch noch einige Herausforderungen. Von der Volumenänderung der Anode bis hin zur Anpassung der Produktion, da nur 40 Prozent der bestehenden Maschinen und Prozesse  weiterverwendet werden können. Außerdem sind bei Festkörperbatterien hohe Drücke zur bestmöglichen Kontaktierung notwendig. Die mechanische Charakterisierung des Zellverhaltens ist somit von großer Bedeutung.
• Sicherheit erhöhen
  Um das Verhalten von Batterien in Extremsituationen vorhersagen zu können sind sogenannte Battery Abuse tests und Multiphysics Tests in der Batterieentwicklung unabdingbar.  Diese Tests erfordern umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen und sind in ihrer Durchführung äußerst aufwendig und kritisch. 
   

Batteriesysteme sind einer der kritischsten Aspekte von Elektrofahrzeugen, da maßgeblich für die Performance verantwortlich sind und aktuell den größten Anteil an den Gesamtkosten eines Elektrofahrzeugs haben. Mechanische und multifunktionale Prüfungen auf verschiedenen Ebenen - von Zellkomponenten bis hin zu kompletten Batteriepacks - sind unerlässlich, um Sicherheit, Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

• Prüfung von Rohmaterial und Zellkomponenten: Der Herstellungsprozess von Batteriezellen umfasst zahlreiche Schritte, von der Beschichtung von Metallfolien bis hin zum Stapeln und Zusammenbau der einzelnen Komponenten. Entscheidend sind daher etwa die Zugprüfung an Folien oder die Bewertung der Haftfestigkeit der Elektrodenbeschichtungen, um sicherzustellen, dass jede Komponente den Qualitätsstandards entspricht.
• Prüfung von Zellen: Batteriezellen werden mechanischen, elektrischen und thermischen Prüfungen unterzogen – und zwar oftmals gleichzeitig. So werden die Zellen beispielsweise unter kontrollierten Temperaturen mit mechanischen Druck beaufschlagt, während sie geladen und entladen werden, um Aufschluss über ihr Verhalten bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen zu erhalten.
• Das Batteriesystem: Auf Systemebene – bei Modulen oder Packs – stehen strukturelle Bewertungen wie die Festigkeit von Halterungen, Klebeverbindungen und Schweißnähten im Fokus. Hierbei werden quasistatische Zug- oder Scherzugversuche durchgeführt.
• Battery Abuse Testing: Angesichts der Brand- und Explosionsgefahr sind Battery Abuse Tests entscheidend, um das Verhalten einer Batterie unter extremen Bedingungen zu bewerten. Prüfungen wie Nageldurchdringung, Quetschungstests und Temperaturzyklen helfen, Schwachstellen zu erkennen und die allgemeine Sicherheit zu verbessern. Hier steigen die Anforderungen an die Genauigkeit der Prüfsysteme mit weiterer Technologieentwicklung stetig.

Die mechanischen Prüfungen sind ein unverzichtbarer Bestandteil der Batterieentwicklung. Von der Forschung über die Produktion bis hin zur Qualitätssicherung tragen sie maßgeblich dazu bei, leistungsfähigere, sicherere und langlebigere Batterien zu entwickeln – für den nächsten Schritt in eine CO2 neutrale Zukunft.