#Success-Story: So sicher sind alte E-Auto-Batterien

Das 2021 abgeschlossene COMET-Projekt „SafeBattery“ der TU Graz hat gezeigt: Je älter ein E-Auto-Akku, desto geringer die Gefahr, die bei einem Defekt davon ausgeht. Nun arbeitet das Projektteam im COMET-K-Projekt „SafeLIB“ an Parametern für die sichere Nachnutzung ausrangierter Auto-Akkus.

Im Rahmen von „SafeBattery“ (Laufzeit 2017–2021) hat ein Team der TU Graz untersucht, wie sich Lithium-basierte Batterien von Elektroautos im Lauf der Lebensdauer bei mechanischen Belastungen verhalten. Im COMET-K-Folgeprojekt „SafeLIB“ (Laufzeit 2021–2025) werden Parameter für die Nachnutzung ausrangierter Batterien definiert. Im Konsortium ist neben namhaften Automarken wie Audi, Mercedes und Porsche u. a. der Baugerätehersteller Wacker Neuson. Denn auch bei Baumaschinen geht der Trend in Richtung E-Antrieb.

Die Batterie derzeit als gut verpacktes rohes Ei

„Das Risiko, dass ein E-Auto in Flammen aufgeht, weil ein auf der Straße liegendes Teil in die Zellen intrudiert, geht gegen Null“, stellt Projektleiter Christian Ellersdorfer vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz fest. Der Grund: „Die Battery Packs sind durch strukturelle Maßnahmen in den Fahrzeugen für fast alle möglichen Fälle gewappnet. Die Batterie wird wie ein rohes Ei behandelt, um sie vor Umwelteinflüssen bestmöglich zu schützen.“ Die dafür verbauten Einhausungen, Verstrebungen und Crashelemente erhöhen allerdings auch das Gewicht der Fahrzeuge deutlich und gehen damit auf Kosten der Reichweite.

 

Aufbau für einen Crashversuch im "Battery Safe Center Graz", Foto: Lunghammer / TU Graz

Parkrempler lassen E-Autos kalt

Im Rahmen des COMET-Projekts „SafeBattery“ hat das Team der TU Graz über den gesamten Lade- und Lebenszyklus hinweg untersucht, wie Batterien auf mechanische Belastungen reagieren. Dazu wurden im „Battery Safety Center Graz“ 64 Zellmodule, 434 Batterie-Zellen und insgesamt 1.436 Zellkomponenten untersucht. Mithilfe von Crashtests, Simulationsmodellen und Berechnungsverfahren konnten die Forscher feststellen, dass Vibrationen und Beschleunigungen das Verhalten von Batterien kaum beeinflussen. Sprich: Ein leichter Parkrempler lässt die Batterie von E-Autos kalt.

Laden und Entladen verändert den Zellzustand

Stärker als Erschütterungen wirkt sich das ständige Laden und Entladen auf den Zustand der Batterie aus. Und da zeigte sich, dass gealterte Zellen bei mechanischer Belastung eine geänderte Steifigkeit aufweisen. „Die Veränderungen bedeuten nicht zwingend, dass Batterien mit dem Alter gefährlicher werden. Im Gegenteil: Die Summe der Einflüsse macht sie über die Zeit tendenziell sicherer, weil sie auch elektrische Energie verlieren“, so Ellersdorfer. In Zellen mit stark reduzierter Kapazität verläuft nach einem internen Kurzschluss der so genannte Thermal Runaway in abgeschwächter Form. Dank der Forschungsergebnisse von „SafeBattery“ wissen die Hersteller jetzt, was sie einer Batteriezelle zutrauen können. Das ermöglicht zukünftig materialsparende Designs und erhöht die Effizienz der Fahrzeuge.

 

 

Ziel: Sicherheitsstandards für ausrangierte Batterien

Was aber tun mit den ausrangierten Batterien? „Für E-Autos sind gebrauchte Batterien mit einer Leistungskapazität von 80 Prozent oder weniger nicht mehr geeignet, sehr wohl aber für stationäre Energiespeicher oder für Werkzeugmaschinen. Dafür ermitteln wir erstmals allgemeingültige Messgrößen im Bereich der Sicherheit“, beschreibt Ellersdorfer die Inhalte des 2021 gestarteten COMET-Projekts SafeLIB. Ziel ist es, durch die Betrachtung von Einflussfaktoren wie Zellchemie, Material und Vorbelastung einen „State of Safety“ zu definieren, mit dem sich der Sicherheitsstatus einer Batterie über den gesamten Lebenszyklus beurteilen lässt.

COMET-Förderung war essenziell für das Projekt

Auch wenn namhafte Hersteller und wichtige Industriepartner bei „SafeBattery“ mit an Bord waren und die Hälfte der Kosten getragen haben, so wären die Forschungen ohne die Förderung als K-Projekt im COMET-Programm nicht möglich gewesen, ist Projektleiter Christian Ellersdorfer überzeugt. „Die Ergebnisse der Untersuchungen waren völlig offen, und es handelt sich um ein Grundlagenthema, das nicht direkt in Produkte umgesetzt werden kann. Das finanzielle Risiko für so ein Projekt wäre für Unternehmen zu hoch.“ Dank der COMET-Förderung kommt es nun zu weiterführenden Forschungen und zur Vertiefung des österreichischen Know-hows in diesem wichtigen Technologiefeld.

Beste Erfahrungen hat Projektleiter Christian Ellersdorfer auch mit der Projekt-Abwicklung durch die FFG gemacht: „Im Projektzeitraum hat einer der Partner Konkurs anmelden müssen. Die anderen Projektpartner haben dessen Anteile sofort übernommen. Im Zuge dieser Umstrukturierung hat die FFG uns nach besten Kräften unterstützt. Das ist super gelaufen.“

Wissenschaftliche Partner von SafeLIB (Safety Aspects of Lithium-Based Tractions Batteries Including the Qualification for Second Life Applications)

TU Graz, Institut für Fahrzeugsicherheit; TU Graz, Institut für Chemische Technologie von Materialien; Johannes Kepler Universität Linz, Virtual Vehicle Research Center

Unternehmenspartner von SafeLIB

Audi AG, AVL List GmbH, Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, DYNAmor GmbH, Fill GmbH, Fronius International GmbH, Infineon Technologies AG, Mercedes Benz AG, Wacker Neuson Linz GmbH