Batterieforschung Wie sicher sind gealterte E-Auto-Akkus?

Wie verhalten sich E-Auto-Batterien während der Nutzung und wie sicher sind die Akkus im Second Life? Ein Forschungsprojekt liefert wichtige Erkenntnisse.

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Wie verhalten sich Lithium-basierte Antriebsakkus in älteren Elektroautos bei einem Crash? Dieser Frage ist ein Team der TU Graz nachgegangen. Christian Ellersdorfer vom Institut für Fahrzeugsicherheit erklärt dazu: „Die Performance neuer Batteriezellen ist weitgehend bekannt. Daher beschäftigten wir uns mit dem gesamten Lebenszyklus.“

Gemeinsam mit Industriepartnern wie AVL, Audi oder Daimler untersuchten die Forscher Szenarien, die eine Batterie im Laufe ihres Lebens erleben kann: etwa Vibrationen und starke Beschleunigungen durch Parkrempler, schwere Unfälle und das ständige Laden und Entladen der Batterien.

Veränderungen durch Laden und Entladen

Ein mithilfe von Crashtests, Simulationsmodellen und Berechnungsverfahren ermitteltes Ergebnis ist, dass Vibrationen und Beschleunigungen das Verhalten von Batterien kaum beeinflussen. Deutlichere mechanische und elektrische Veränderungen zeigten sich allerdings durch das ständige Laden und Entladen der Batterie. Derart gealterte Batteriezellen besäßen bei mechanischer Belastung eine höhere Steifigkeit. „Die Veränderungen bedeuten nicht zwingend, dass Batterien mit dem Alter gefährlicher werden“, erläutert Ellersdorfer. „Im Gegenteil: Die Summe der Einflüsse macht sie über die Zeit sicherer, weil sie auch elektrische Energie verlieren.“

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Die Untersuchungen hätten gezeigt, dass Zellen mit stark reduziertem Kapazitätsgehalt nach einem internen Kurzschluss einen abgeschwächten Verlauf des sogenannten Thermal Runaways haben. Durch das reduzierte Energiepotenzial von gealterten Batterien sinke also die Wahrscheinlichkeit von unfallverursachten Batteriebränden.

Nutzen für Autoindustrie

Dank der Forschungsergebnisse wissen die Hersteller jetzt, was sie einer Batteriezelle zutrauen können. Das ermöglicht materialsparende Designs und mehr Effizienz. Bislang sind Batterien so verbaut worden, dass Deformationen bei jedem erdenklichen Szenario ausgeschlossen werden konnten. Jetzt könnten die Hersteller den Bauraum besser nutzen, so Ellersdorfer. Außerdem sei nun bewiesen: Die Sicherheits-Checks einer neuen Zelle besitzen Gültigkeit für die gesamte Lebensdauer der Batterie.

Ein zweites Leben für E-Auto-Batterien

In der Zeitleiste eines Batterielebens geht das Forschungs-Konsortium jetzt einen Schritt weiter: Im jüngst gestarteten Projekt „SafeLIB“ will es die Veränderungen in E-Auto-Batterien gemeinsam mit weiteren Partnern (LIT Law LAB, Infineon, Fronius, Mercedes) noch genauer beleuchten, um daraus Sicherheitsfaktoren für die Nachnutzung ableiten zu können.

„Für E-Autos sind gebrauchte Batterien mit einer Leistungskapazität von 80 Prozent nicht mehr geeignet, sehr wohl aber für stationäre Energiespeicher oder für Werkzeugmaschinen. Dafür ermitteln wir erstmals allgemeingültige Messgrößen im Bereich der Sicherheit.“

„State of Safety“ definieren

Die Forschenden bedienen sich dabei einer nach eigenen Aussagen weltweit einzigartigen Prüfstandstechnik für Batteriensicherheit im Battery Safety Center Graz. Dort könne das Vorleben einer Batteriezelle in einem sehr hohen Detailgrad untersucht werden. Das Konsortium will außerdem die rechtlichen Rahmenbedingungen zur Wiederverwendbarkeit berücksichtigen, zum Beispiel die Frage der Haftung bei Folgeschäden.

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Neben dem sogenannten „State of Health“, der die vorhandene Rest-Kapazität und Leistungsfähigkeit einer Batteriezelle wiedergibt, soll so schlussendlich ein „State of Safety“ definiert werden, mit dem der Sicherheitsstatus einer Batterie über den gesamten Lebenszyklus beurteilt werden kann. Safe-LIB hat eine Laufzeit von vier Jahren und endet 2025. Die Österreichische Forschungsgesellschaft FFG fördert das Projekt mit sechs Millionen Euro.

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