Messtechnik Wasserschock-Testanlage für Li-Ionen-Batterien

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Für das neue Testlabor einer international führenden Zertifizierungsstelle wurde eine Anlage zur Durchführung von Wasserschock-Tauchtests großer Batterien im E-Mobility-Bereich benötigt. Weiss Technik entwickelte und lieferte eine Lösung, die unter anderem Prüfungen gemäß LV 124 K13, ISO 16750-4 (Tauchtest) sowie ISO 20653 (IPX7 Tauchprüfung) ermöglicht.

Eine große Zertifizierungsstelle suchte einen Spezialisten zur Installation einer Wasserschock-Prüfanlage. Diese Einrichtung sollte zum Test von Li-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge gemäß den Prüf- und Normvorschriften LV 124 K13, ISO 16750-4 und ISO 20653 genutzt werden. Auf Basis der langjährigen Erfahrung mit Prüfeinrichtungen im Automotive-Sektor entwickelte Weiss Technik ein maßgeschneidertes Anlagenkonzept, das sich sowohl für seriennahe Prüflinge als auch Prototypen eignet.

Anspruchsvoller Prüfaufbau für blitzschnelles Abkühlen

Die LV 124 ist eine umfangreiche Prüfvorschrift im Automotive-Bereich und beinhaltet unter anderem den Testabschnitt K-13 „Temperaturschock Tauchen“. Dabei wird der Prüfling im ersten Schritt auf seine maximale Betriebstemperatur erhitzt. Anschließend erfolgt innerhalb von nur fünf Sekunden das Eintauchen in ein circa 0 Grad Celsius kaltes Salzwasserbad (5 % NaCl) für eine Dauer von fünf Minuten. Nach dem Herausnehmen wird der Prüfling erneut aufgeheizt und eingetaucht (20 Zyklen). Eine besondere Herausforderung besteht darin, das hohe Gewicht des Prüflings von bis zu 1.200 kg innerhalb der vorgeschriebenen fünf Sekunden kontrolliert abzusenken. Weiss Technik konnte hier auf Erfahrungen mit ähnlich gelagerten Anlagen zurückgreifen und eine sichere sowie zuverlässige Lösung entwickeln.

Elektromobilität

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Weltweit verfügen nur wenige Prüfzentren über eine derart große Prüfanlage mit den Abmessungen von (B x T x H) 6.680 x 5.500 x 5.100 Millimeter für normkonforme Tests gemäß K-13. Aufgrund der Anlagenhöhe empfahl es sich, sie wahlweise über zwei zugängliche Ebenen aufzubauen oder in einer Grube aufzustellen, um eine ebenerdige Einbringung des Prüflings zu ermöglichen. Wegen der korrosiven Atmosphäre müssen der Prüfraum und die Einbauten aus hochlegierten korrosionshemmenden Werkstoffen gefertigt sein.

Konnektierte Prüflinge rasch absenken

Die Prüfanlage besteht aus vier Hauptkomponenten: dem Luftraum eigentliche Prüfkammer, einem darunter liegenden Wasserbecken, dem Stahlbau sowie dem Maschinenaggregat, das hinter der Anlage positioniert ist. Der Prüfling wird während des Tests auf einer Hub-Plattform fixiert und nach dem Aufheizen gleichmäßig mithilfe elektrischer Antriebe in das Wasserbecken abgesenkt. Die Antriebstechnik ist so ausgelegt, dass ein etwaiger Schwerpunktversatz des Prüflings keinen Einfluss auf die Bewegung hat. Zusätzlich verfügt die Prüfanlage über eine Energie-Nachführung für den Prüfling, die eine sichere Führung der Leitungen während der vertikalen Bewegung gewährleistet. Das ermöglicht eine fortlaufende Kontaktierung und Überwachung des Prüflings in verschiedenen Betriebsmodi während des Tests.

Energiespeicher

Aluminium-Polymer-Batterie: Eine Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie

Die Plattform, auf der die Prüflinge fixiert werden, misst 2.900 x 1.900 Millimeter und erlaubt maximale Prüflings-Abmessungen von (B x T x H) 2.500 x 1.700 x 750 Millimeter. Das maximal zulässige Eintauchvolumen beträgt 3,18 m³, das maximale Prüflingsgewicht 1.200 kg. Die Aufheizrate im Prüfraum liegt bei 2 Kelvin/Minute. Das Wasserbecken ist mit einer Kühlvorrichtung und einer Zirkulationspumpe ausgestattet, die eine konstante Wassertemperatur von etwa 0 °C sicherstellen. Die Prüfanlage kann nahtlos über gängige Schnittstellen in das bestehende Gebäudemanagementsystem integriert werden.

Einfache Programmierung von Testsequenzen

Die gelieferten Prüflösung basiert auf einem bewährten Anlagenkonzept und der langjährigen Erfahrung von Weiss Technik als spezialisiertem Partner der Automobilindustrie. Ausgestattet mit einer S!MPAC-Steuerung und Web-Season-Anbindung, ermöglicht die Prüfanlage eine einfache Programmierung von Testsequenzen, bietet eine Multiuser-Funktion und erlaubt den weltweiten Zugriff über Tablet oder PC. Die ausgeklügelte Luftführung gewährleistet eine hohe Temperaturkonstanz im Prüfraum.

E-Mobilität

Wie ein Multi-Life-Ansatz für E-Auto-Batterien Mehrwerte generiert

Die Prüfanlage ermöglicht Tests von Batterien bis Hazard Level 6. Weiss Technik hat gemeinsam mit dem Prüfzentrum ein Sicherheitskonzept entwickelt, das sowohl werkseitig installierte Komponenten als auch bauseitige Sicherheitsvorkehrungen umfasst. Die Anlage ist mit visuellen und akustischen Alarmfunktionen sowie einer elektrische Türzuhaltung ausgestattet, um ein unbefugtes Öffnen während der Tests oder bei einer Prüflingshavarie zu verhindern. Weitere Sicherheitsmerkmale sind Druckentlastungsklappen, eine Frischluft-Spülung sowie CO und CH-Gas-Detektion. Zudem muss die Anlage in einem eigenen Brandabschnitt installiert werden. Für die Kühlung des Prüfraums während eines Thermal Runaways sollte bauseitig eine Wasser-Hochdruck-Nebelanlage eingeplant werden.

Die Anlage wurde in Zusammenarbeit mit Partnerfirmen entwickelt und in Mittelhessen endmontiert. Nach einem intensiven Werksprobelauf wurde sie für den Transport in mehrere Komponenten zerlegt. Die Aufteilung in Einzelkomponenten wurde so konzipiert, dass die Anlage vor Ort in kurzer Zeit montiert und schnell in Betrieb genommen werden konnte.

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