Batterien im Crashtest und in der Klimakammer
Elektromobilität. In Graz entsteht ein neues Zentrum für Batteriesicherheit. Auf 550 Quadratmetern Laborfläche werden Batterien erhitzt, gekühlt und an die Wand gefahren. Dies dient dazu, Computermodelle in der Praxis zu überprüfen und elektrische Antrieb
Innerhalb weniger Sekunden ist alles vorbei. Laborleiter Jörg Moser drückt im Kontrollraum auf den Touchscreen, der Countdown läuft. 5, 4, 3, 2, 1 – und der Versuchsaufbau in der Halle beschleunigt. Er rast mit einer Geschwindigkeit von 22 Metern pro Sekunde auf einem Schlitten auf den Prellbock zu. Es kracht, dann ist es ruhig.
Noch ist es nur eine Demonstration. So oder so ähnlich laufen aber künftig die Versuche am neuen Battery Safety Center am Campus Inffeld in Graz ab, die zeigen sollen, was mit einer Batterie bei einem Verkehrsunfall passiert. TU Graz und AVL List haben insgesamt neun Millionen Euro in das Gebäude und die Infrastruktur investiert. Neben der 20 Meter langen Crashanlage, die eine Maximalgeschwindigkeit von 100 km/h ermöglicht, gibt es drei Klimakammern. Dort kann man Batterien auf bis zu 220 Grad Celsius aufheizen oder sie auf minus 50 Grad Celsius abkühlen lassen. So könne man etwa nachstellen, was in einer Batterie im winterlichen Schweden bei großer Kälte passiert, erzählt Moser.
Die Forscher und auch ihr Rektor, Harald Kainz, sind stolz. Nirgendwo sonst sind derzeit so umfassende Tests möglich: „Wir können die Batterie mechanisch belasten oder unter Temperatureinfluss gezielt altern lassen. Die Kombination ist einmalig“, sagt Hermann Steffan, an dessen Institut für Fahrzeugsicherheit das neue Labor beheimatet ist. Durch die Tests lassen sich am PC entwickelte Modelle überprüfen und verbessern.
Batman, Robin und Co.
Neben der Crashanlage und den Klimakammern gibt es noch weitere Prüfstände für mechanische Tests. „Presto 420“etwa belastet geladene und ungeladene Batteriemodule ganz langsam mit einer maximalen Druckkraft von 420 Kilo-Newton – das entspricht einer Gewichtskraft von circa 42 Tonnen. „Batman“lädt und entlädt Batterien und misst dabei die Temperatur. „Robin“heißt eine Einspannungsvorrichtung für das Laden und Entladen unter kontrollierter mechanischer Vorspannung. Und am extra gesicherten Batteriearbeitsplatz „Riddler“werden Batteriemodule nach dem Härtetest an den Prüfständen zerlegt und fachgerecht entsorgt. Der Großteil der Geräte wurde am Institut konzipiert und selbst gebaut: „Was wir brauchen, gibt es nirgends zu kaufen“, sagt Moser. Die Erkenntnisse sind gefragt, immerhin soll im Jahr 2030 weltweit rund ein Drittel aller Pkw mit Elektroantrieb unterwegs sein. Die Sicherheit sei dabei zentrales Thema in der Entwicklungsarbeit, heißt es vonseiten der AVL.
Hohe Sicherheitsstandards
Auch die Sicherheitsanforderungen für den Betrieb der Anlage sind hoch. Zwar würden die meisten Versuche ohne Brand enden, aber die Forscher müssen auch darauf vorbereitet sein, wenn die Batterien bis zur Belastungsgrenze beansprucht werden: Jede Klimakammer kann innerhalb weniger Sekunden komplett geflutet werden. Ein brennendes Elektroauto in einen Container mit Wasser zu heben, sei auch im Straßenverkehr die beste Methode, um es zu löschen, erklärt Steffan.
Schon beim Bau des Labors habe man für die Sicherheitsmaßnahmen eng mit der Berufsfeuerwehr der Stadt Graz und der TUeigenen Betriebsfeuerwehr zusammengearbeitet. Und nach den Tests kommen alle Batterien in eine eigene, streng abgeschottete Kammer im Hof hinter dem Labor. „Falls sie sich doch noch entzünden“, erläutert Steffan. Sicher ist sicher, das gilt hier von der ersten bis zur letzten Sekunde.