Die TU Graz entwickelt Leitlinien für reparierbare Elektrofahrzeugbatterien

Forscher an der TU Graz haben Leitlinien zur Verbesserung der Sicherheit sowie zur Erleichterung des Reparierens und Recyclings von Antriebsbatterien entwickelt. Ihre Analyse zeigt, dass reparierbare Designs wirtschaftlich und umwelttechnisch vorteilhaft sein können, selbst wenn nur 8 Prozent der Batteriezellen wiederverwendet werden.

Ein von der Technischen Universität Graz (TU Graz) geleitetes Forschungsteam hat drei verschiedene Batteriepack-Designs verglichen, um herauszufinden, wie ihre Konstruktion die Sicherheit, Reparierbarkeit und Nachhaltigkeit beeinflusst. Das erste Design spiegelt einen gängigen Ansatz mit verbundenen Gehäusen sowie wärmeleitenden Pasten wider. Obwohl solche Designs bei der Produktion Vorteile bieten, kann bereits geringfügiger Schaden dazu führen, dass das gesamte Batteriepack ersetzt werden muss.

Die Forscher verglichen dies mit zwei Konzepten, die dazu dienen sollen, Reparaturen zu erleichtern. Eines kombiniert austauschbare Gehäuseabdeckungen mit Wärmeableitungsplatten, während das andere zur Flüssigkeitskühlung ein elektrisch isolierendes Öl sowie ein verschraubtes und versiegeltes Gehäuse verwendet. Letzteres ermöglicht es, die Batterie auseinanderzunehmen und einzelne Zellen auszutauschen.

Die Arbeit wurde im Rahmen des Forschungsprojekts E-Track durchgeführt und zielt darauf ab, das Fehlen standardisierter Konzepte für Antriebsbatterien zu beheben.

Die Zellen selbst sind von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, ob Reparaturen sinnvoll sind. Sie machen etwa 75 Prozent der Gesamtmasse eines Akkupacks aus und stellen zugleich den größten Kostenfaktor dar. Laut der Lebenszyklusanalyse des Projekts lohnt sich ein reparaturfreundliches Design bereits, wenn nach einem Unfall 8 Prozent der Zellen wiederverwendet werden können. Eine einfachere Demontage erleichtert außerdem die Rückgewinnung von Materialien für die Recyclung.

„Ohne einheitliche Designstandards stehen Rettungsdienste in Notfällen oft vor großen Herausforderungen, da die Struktur und das Verhalten von Akkusystemen schwer einzuschätzen sind. Gleichzeitig gehen wertvolle Ressourcen verloren, wenn Akkus nicht repariert oder vollständig recycelt werden können“, sagte Markus Fasching, Projektmanager am Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. „Unsere Arbeit zeigt, dass Sicherheit, Effizienz und Recyclierbarkeit durch gut durchdachtes Design gemeinsam verbessert werden können.“

E-Track untersuchte außerdem, wie beschädigte Zellen bereits vor dem Auftreten von Problemen identifiziert werden können. Das Team entwickelte diagnostische Methoden, die elektrochemische Impedanzspektroskopie mit virtuellen Multifiziksmodellen kombinieren. Dieser Ansatz kann interne Schäden wie Mikro-Shorts erkennen, die andernfalls später zu einem Batteriebrand führen könnten.

Auch wenn sich das Projekt hauptsächlich auf Batterien für Elektrozweiräder konzentrierte, sind seine Methoden und Simulationstechniken auch auf größere Fahrzeuge wie Autos und Lastwagen anwendbar. Die Forscher behaupten, dass die Ergebnisse eine Grundlage für zukünftige Branchenstandards sowie möglicherweise regulatorische Rahmenbedingungen liefern könnten.