Bereich 2: Degradationsmechanismen
Dieser Bereich untersucht, wie Batteriesysteme und Schlüsselkomponenten über die Lebensdauer degradieren, und wandelt dieses Verständnis in sicherere und zuverlässigere Batterietechnologien um. Über die Batterielebensdauer und Betriebsstrategien hinaus umfasst der Forschungsschwerpunkt das Alterungsverhalten kritischer Systemkomponenten wie Grenzflächenmaterialien (z. B. Druckpolster, Wärmeleitmaterialien) und sicherheitsrelevanter Komponenten (z. B. Pyrosicherungen, Sensoren). Durch die Übertragung des Degradationsverständnisses in fortschrittliche Modelle und Teststrategien unterstützt Bereich 2 die Integration von Aspekten der Batterielebensdauer in das Systemdesign, die Sicherheitsbewertung, funktionale Sicherheitskonzepte und optimierte Betriebsstrategien.
Vorhersage der Sicherheitsdegradation
Neuartige Degradationsmodelle werden die Batteriealterung mit Änderungen sicherheitskritischer Eigenschaften wie mechanischer Steifigkeit, der Onset-Temperatur des thermischen Durchgehens und der maximalen Eindringtiefe verknüpfen. Durch die Identifizierung relevanter Alterungsmechanismen und die Anwendung physikbasierter Modellierungsansätze zielen diese Modelle darauf ab, zuverlässige Vorhersagen zu ermöglichen und eine Übertragbarkeit zwischen verschiedenen Batteriesystemen zu erlauben.
Beschleunigte künstliche Alterungsverfahren
Repräsentative und beschleunigte Alterungsstrategien werden unter Verwendung fortschrittlicher Degradationsmodelle entwickelt, um kostspielige und zeitintensive Tests zu reduzieren. Diese Strategien bilden systematisch reale Betriebsbedingungen nach und berücksichtigen dabei entscheidende Faktoren wie Inhomogenität der Batteriezellen und Relaxationseffekte, die im Detail untersucht werden, um die Repräsentativität zu gewährleisten. Ähnliche Ansätze werden verwendet, um Verfahren für andere Komponenten wie Grenzflächenmaterialien zu entwerfen.
Bewertung von Ausfällen
Alterungsmodi und Degradationsmechanismen, die sich auf unterschiedlichen Zeitskalen entwickeln, werden mit der Schwere von Ausfällen und Sicherheitsschwellenwerten (z. B. maximale Eindringtiefe, Onset-Temperatur für thermisches Durchgehen) verknüpft. Fortgeschrittene Post-Mortem-Analysen und zerstörungsfreie Techniken wie elektrochemische Impedanzspektroskopie, CT-Scans oder elektrische Charakterisierung werden eingesetzt, um Veränderungen im Zeitverlauf zu verfolgen. Diese Erkenntnisse werden in Degradationsmodelle integriert, um vorherzusagen, wie sich Sicherheitsmargen während der Lebensdauer einer Batterie verändern.
Bereich 1
Vorhersage und Optimierung
Bereich 1 konzentriert sich auf die Entwicklung fortschrittlicher Modelle und Simulationsmethoden zur Vorhersage, Optimierung und Verbesserung der Sicherheit und Leistung von Batteriezellen und -systemen. Durch die Kombination von multiphysikalischen Modellierungen, virtueller Entwicklung und Forschung an Batterietechnologien der nächsten Generation werden der Testaufwand reduziert und ein zuverlässiges Batteriedesign über den gesamten Lebenszyklus hinweg beschleunigt.
Bereich 3
Monitoring and Failure Prognosis
Bereich 3 entwickelt Diagnosestrategien sowie physikbasierte und datengesteuerte Modelle zur Überwachung des Batteriezustands und zur Definition eines Sicherheitszustands (State of Safety, SOS). Dies ermöglicht die Vorhersage der Sicherheitsentwicklung und der verbleibenden sicheren Nutzungsdauer (Remaining Safe Useful Life, RSUL), um die Früherkennung von Risiken, vorausschauende Wartung, adaptiven Betrieb und einen optimierten Second-Life-Einsatz zu unterstützen.
