TU Graz entwickelt Richtlinien für reparaturfreundliche Antriebsbatterien

Forscher der TU Graz haben im Forschungsprojekt „E-Track“ Design-Richtlinien definiert, um Batterien sicherer, leichter reparierbar und recycelbar zu machen. Ihre Analyse zeigt, dass sich reparaturfreundliche Batteriepack-Konstruktionen sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch auszahlen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung der Technischen Universität Graz (TU Graz) hat drei Batteriepack-Designs verglichen, um festzustellen, wie sich deren Bauweise auf Sicherheit, Reparaturfähigkeit und Nachhaltigkeit auswirkt. Das erste Pack entsprach dabei einem gängigen Modell mit geklebtem Gehäuse und wärmeleitenden Pasten. Zwar bieten solche Konstruktionen Vorteile bei der Produktion, doch schon ein geringfügiger Schaden kann den Austausch des gesamten Batteriepacks erforderlich machen.

Die Forscher verglichen dieses Standardpack mit zwei Konstruktionen, die Reparaturen erleichtern sollen. Die eine kombinierte austauschbare Gehäuseabdeckungen mit Wärmeableitpads, während die andere ein elektrisch isolierendes Öl zur Flüssigkeitskühlung sowie ein verschraubtes und abgedichtetes Gehäuse verwendete. Letzteres ermöglicht es, die Batterie zu zerlegen und einzelne Zellen auszutauschen.

Die Zellen selbst spielen eine besonders wichtige Rolle bei der Entscheidung, ob eine Reparatur sinnvoll ist: Sie machen rund 75 % der Gesamtmasse eines Akkupakets aus und sind zudem dessen größter Kostenfaktor. Laut der Lebenszyklusanalyse des Grazer Projektteams zahlt sich ein reparaturfreundliches Design bereits aus, wenn nach einem Unfall ach Prozent der Zellen wiederverwendet werden können. Eine einfachere Demontage erleichtert zudem die Rückgewinnung von Materialien für das Recycling.

„Ohne einheitliche Design-Standards stehen Einsatzkräfte im Ernstfall oft vor großen Herausforderungen, weil Aufbau und Verhalten von Batteriesystemen schwer einschätzbar sind. Gleichzeitig verlieren wir wertvolle Ressourcen, wenn Batterien nicht repariert oder vollständig recycelt werden können“, erläutert Projektleiter Markus Fasching vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. „Unsere Arbeit zeigt, dass sich Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Kreislauffähigkeit durch ein durchdachtes Design gemeinsam verbessern lassen.“

Im Rahmen des E-Track-Projekts wurde auch untersucht, wie beschädigte Zellen identifiziert werden können, bevor sie Probleme verursachen. Das Forscherteam entwickelte dazu Diagnosemittel, bei denen die elektrochemische Impedanzspektroskopie mit virtuellen, multiphysikalischen Modellen kombiniert wird. Mit diesem Ansatz lassen sich den Verantwortlichen zufolge „interne Schäden wie Mikro-Kurzschlüsse zuverlässig zu erkennen, die ansonsten zeitverzögert zu kritischen Ereignissen wie Batteriebränden führen könnten“.

Obwohl sich das Projekt in erster Linie auf Batterien für elektrische Zweiräder konzentrierte, lassen sich seine Methoden und Simulationsansätze auch auf größere Fahrzeuge wie Pkw und Lkw anwenden. Den Forschern zufolge könnten die Ergebnisse eine Grundlage für künftige Industriestandards und möglicherweise auch für gesetzliche Vorschriften bilden.