Virtual Vehicle Research GmbH 使用 ZwickRoell 進行電瓶安全優化研究
個案探討
- 客戶： 奧地利虛擬車輛研究中心（Virtual Vehicle Research GmbH）
- 地點：奧地利格拉茨（Graz）
- 產業： 汽車產業
- 主題： 測試電池安全：電池單元組件的機械特性，以獲取有限元素電池模擬模型的參數化。
奧地利虛擬車輛研究中心對未來的移動能力進行了研究
Virtual Vehicle Research GmbH 是一間專門研究未來車輛科技與移動出行的國際研發中心。該公司設立於奧地利格拉茨（Graz），與工業合作夥伴、大學及研究機構開發創新技術及方法。其焦點在於數位化和虛擬化的開發流程，車輛的安全性和效率以及永續的交通發展。
Virtual Vehicle Research GmbH 的核心能力包括車輛組件的模擬與驗證、輔助系統的開發以及動力系統的優化。該公司專注於跨學科研究和實際的解決方案，為汽車產業的進一步發展做出了重大貢獻，並支持了向智慧和環保移動概念的轉型。
任務
電池單元：實際條件下的機械組件表徵
鋰離子電池（LIBs）含有毒性且易燃的液態有機電解液。此電解質使離子在電極之間流動，因而確保鋰離子電池功能的重要組成部分。電解質主要基於導電鹽（通常為六氟磷酸鋰）溶解於不同的有機碳酸鹽中，如碳酸亞乙酯（EC）或碳酸二甲酯（DMC）。
為待測材料創建一個真實的試驗環境，對 Virtual Vehicle Research GmbH 而言，在電解質濕潤的狀態下進行組件測試是非常重要的。為符合測試實驗室的安全規定，使用不需要六氟磷酸鋰（LiPF6）的替代電解液進行試驗。
ZwickRoell 的核心任務是在實際條件下，對電池單元的所有單獨組件電池進行機械表徵。一個主要的挑戰是如何夾持濕潤的電解液試樣，如電池隔膜，因其通常非常薄（大約 20 µm）且柔韌。最重要的是，這需要精細的處理及耐心。
ZwickRoell 電池安全測試解決方案
用於描述機械特性的拉伸及壓縮測試
其首要任務是生產合適的電池組件試樣。 ZwickRoell 使用冲裁工具切割長方形的鋰電池隔膜試樣。 關鍵是在陶磁塗層的隔膜上。原因在於其在防止短路方面的關鍵作用。隔膜的任務是將電極在電氣和空間上彼此分隔。隔膜試樣一方面在乾燥狀態下進行測試，另一方面在電解質浸泡（“濕的”）狀態下進行測試。而透過這些測試，在隔膜上的不同故障行為將會被呈現出來。
壓縮測試的試樣共計由100 個相互堆疊的單獨層所組成。執行此程序的原因：這提高了測試過程中長度變化的測量準確度。試樣上施加的預緊力用以使各層之間的間隙更為密合。為確保試驗結果的可再現性，在每個測試配置共進行五次測試。使用的設備為配備 Xforce 100 kN 荷重元的
ZwickRoell Z100 AllroundLine 試驗機。在壓縮試驗時，考量試驗機剛性，使用橫樑位移量測系統測量位移。影像式延伸計用於在拉伸測試中進行應變測量。
壓縮測試：
圖 2顯示了電解質對隔膜疊層機械變形行為的影響。它顯示了先前浸泡在替代電解質（碳酸二亞乙酯和碳酸亞乙酯的混合物）中的濕隔膜疊層，與「乾」疊層的兩者力行程曲線比較。試驗結果顯示了「濕潤」的隔膜疊層產生的力增量明顯低於「乾燥」的堆層。一般而言，可以觀察到經電解質浸泡後的隔膜在壓縮負載下表現出較低的剛性。這些發現證實，方向相關的特性對於電池模擬模型中隔膜的實際參數化至關重要。
前景：
虛擬車輛研究中心與 ZwickRoell 之間的合作目前正透過創新測試方法的應用進一步深化，以研究壓縮負載下電池組件的機械特性。作為科學專案的一部份，高精度的 ZwickRoell 測量技術被用於表徵在壓縮負載下非常薄（μm 範圍）的單層組件試樣，以持續提高模擬試驗用的材料數據質量。
