Im Forschungsprojekt E-Track hat das Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz gemeinsam mit dem Institut für Umweltsystemwissenschaften der Uni Graz und Industriepartner fundierte Design-Richtlinien erarbeitet, die Batteriesysteme sicherer, nachhaltiger und wirtschaftlicher machen sollen.
„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“, erklärt 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.“
Ein zentrales Defizit heutiger Batteriesysteme ist ihre eingeschränkte Reparatur- und Recyclingfähigkeit. Viele Hersteller setzen auf verklebte Gehäuse mit Wärmeleitpasten zur Temperaturregulierung, die zwar Vorteile in der Produktion bieten, im Schadensfall jedoch oft den Austausch des gesamten Batteriepakets erzwingen. Diese Bauweise nahm das Team als Basis-Design für seine Untersuchungen.
Zusätzlich untersuchten die Forscher zwei alternative Bauweisen, darunter ein Konzept mit austauschbaren Gehäusedeckeln, bei denen Wärmeleitpads die Hitze abführen, sowie ein flüssigkeitsgekühltes Design. Hier übernimmt ein elektrisch isolierendes Öl die Wärmeabfuhr und das Gehäuse wird mittels einer Dichtung verschraubt. Das erleichtert die Demontage und ermöglicht den gezielten Austausch einzelner Zellen.
Einfachere Reparatur lohnt sich
Die Analysen zeigen: Die Batteriezellen sind sowohl der größte Kostenfaktor als auch die entscheidende Größe für Sicherheit und Nachhaltigkeit. Sie machen rund 75 Prozent der Gesamtmasse aus, weshalb ihre Wiederverwendung nach einem Unfall maßgeblich für die ökologische und ökonomische Bilanz ist. Lebenszyklusanalysen belegen laut den Forschern: Reparaturfreundliche Designs lohnen sich bereits, sobald acht Prozent der Zellen weiterverwendet werden können. Eine einfache Zerlegbarkeit fördert zudem das Recycling der Materialien.
Ergänzend entwickelte das Forschungsteam neue Diagnosemethoden auf Basis der elektrochemischen Impedanzspektroskopie. Diese Diagnosemethoden gepaart mit virtuellen multiphysikalischen Modellen ermöglichen es den Forschern zufolge, interne Schäden wie Mikro-Kurzschlüsse zuverlässig zu erkennen, die ansonsten zeitverzögert zu kritischen Ereignissen wie Batteriebränden führen könnten.
„Obwohl die Richtlinien primär für elektrische Zweiräder entwickelt wurden, lassen sich die Methoden und Simulationsansätze direkt auf größere Fahrzeugklassen wie Pkw oder Lkw übertragen“, erklären die Forscher. Die Ergebnisse schafften damit eine fundierte Grundlage für künftige industrielle Standards und könnten auch als Ausgangspunkt für regulatorische Rahmenbedingungen dienen.
F. K. Fast meint
Gute Reparierbarkeit sehe ich als sehr wichtig. Das ist auch am Ende eine Werterhöhung, weil die (mögliche) Nutzungsdauer steigt.
Dass bspw. die LFP-Zellen beim ID.Polo verklebt sein sollen (und vermutlich bei vielen anderen Modellen wohl auch sind), ist für mich ein Ausschlusskriterium.