F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F ü R S O l A R E E N E R g I E S y S T E m E I S E

September 2014

ServiceLab batterieS

In aktuellen technischen Systemen stehen

Batterien oft im Fokus und stellen häufig

das schwächste Glied dar. Batterien in

stationären Speichern beeinflussen maß-

geblich den Preis des Produkts, Batterien

in medizinischen Anwendungen müssen

jederzeit einsatzbereit sein und Batterien in

der Luftfahrt können ein unkalkulierbares

Risiko sein. Wir unterstützen dabei, die

richtigen Batterien für die entsprechende

Anwendung auszuwählen, zu testen und

mit unserem tiefem Systemverständnis in

ein Produkt zu integrieren.

Über 30 Jahre Erfahrung

Angefangen bei Projekten wie der

energieautarken Rappenecker Hütte

im Schwarzwald bis hin zu aktuellen

Projekten, wie Mars EV – in dem wir uns

innerhalb eines europäischen Konsortiums

mit dem Alterungsverhalten von Lithium-

Ionen-Batterien für den elektromobilen Ein-

satz befassen – verfügt das Fraunhofer ISE

über mehr als 30 Jahre Erfahrung mit

Energiespeichern. Wir beschäftigen uns

mit Batterien aller Bauarten und Größen

für sämtliche Anwendungsbereiche,

wie z. B. Blei-, Lithium-Ionen-, Natrium-

Nickelchlorid-, Hochtemperatursystem-

sowie NiMH-Batterien für den stationären,

mobilen und den tragbaren Bereich.

Angebot

� umfangreiche Prüfmöglichkeiten von der

kleinsten Zelle, über Batteriemodule bis

hin zum Gesamtsystem mit 1000 V und

250 kW auf über 146 Testkreisen

� Beratung auf Grundlage unserer lang-

jährigen Erfahrung, beginnend bei der

Zellauswahl, Test und Charakterisierung

bis hin zum Design des Gesamtsystems

Leistungsspektrum für elektrische Tests

� Batterietests entsprechend einschlägiger

Normen oder auf die kundenspezifischen

Anforderungen zugeschnitten

� Langzeittests von Batteriezellen,

-modulen und -systemen

� Charakterisierung von Batteriezellen

� Erstellung von Batteriemodellen für

die Simulation des Betriebsverhaltens;

u. a. verwenden wir COMSOL,

MATLAB und Dymola

1 Innenansichten des ServiceLab Batteries

am Fraunhofer ISE.

Fraunhofer-Institut für

Solare Energiesysteme ISE

Heidenhofstr. 2

79110 Freiburg

ServiceLab Batteries

Dipl.-Ing. Stephan Lux

Telefon +49 761 4588-5419

stephan.lux@ise.fraunhofer.de

www.ise.fraunhofer.de

1 A 1 B

Ausstattung

� über 146 Batterietestkreise von

200 mA / 12 V bis zu 600 A / 1000 V

(max. 250 kW)

� Simulationsmöglichkeit für stationäre

und elektromobile Lastprofile

� Testmöglichkeiten für Batteriezellen,

Batteriemodule und komplette

Batteriesysteme

� 11 Klima- und Temperaturschränke

für den Test unter spezifizierten

Temperaturbedingungen

� davon 4 inertisierte Sicherheitsschränke

für Tests unter Sicherheitsbedingungen

� Löscheinrichtungen und

brandgeschützte Testräume

� 4 Testkreise für elektrochemische

Impedanzspektroskopie von 10 μHz -

10 kHz

� Glovebox für die Zerlegung von

Lithium-Ionen-Batterien und für Tests

mit sogenannten Halbzellen

� Testkreise für Cyclovoltametrie

� Wasserbäder zur Temperierung von

großen Bleibatterien

� Simulation des Batterieverhaltens:

Das Verhalten der Zelle kann sowohl

thermisch als auch elektrisch

bestimmt und der Modulaufbau

und das Kühlkonzept entsprechend

der Anwendung angepasst werden.

Unabhängig davon, ob die Zelle z. B.

für den stationären Einsatz oder in der

Elektromobilität vorgesehen ist.

� Erstellung von Alterungsmodellen:

Die Modelle ermöglichen die Simulation

der Alterung von Zellen und Gesamt-

system unter den gegebenen Einsatz-

bedingungen. Dies kann aufwendige

und zeitintensive Langzeittests ersetzen,

beschleunigt die Entwicklung und senkt

die Kosten erheblich.

� Systemtests hinsichtlich der Energie-

effizienz: Die Effizienz des Gesamtsystems

wird durch den wechselseitigen Einfluss

aller Bauteile untereinander und die

Betriebsbedingungen festgelegt und

kann von uns hochgenau bestimmt

werden. Wir analysieren die Schwach-

stellen von elektrischen Speichersystemen

und erarbeiten in Zusammenarbeit mit

unseren Kunden eine optimale

Systemlösung.

Anwendungsbeispiele

� Qualifizierungsprüfung eines Lithium-

Ionen-Batteriesystems im Heimspeicher-

bereich: Wir testen auf Effizienz, Sicher-

heit und die Einhaltung der einschlägigen

Normen und Bestimmungen. Mit unserer

langjährigen Erfahrung im Bereich

der stationären Speicher können wir

den Einsatz der Batterie für beliebige

Standorte und Lastzyklen testen und

die Anbindung an das Wechselstromnetz

qualifiziert beurteilen.

� Charakterisierung und Erstellung eines

Batteriemodells für einen Anwendungs-

fall, beispielsweise für den Einsatz in

der Elektromobilität: Unsere Modelle

werden auf Genauigkeit optimiert und

bieten die Möglichkeit einer Online-

Zustandsbestimmung.

� Erstellung von Online-Zustandsbe-

stimmungsverfahren: Ausgehend

von unseren Batteriemodellen ent-

wickeln wir in Abhängigkeit von der

Anwendung und der Batteriechemie

Verfahren, die entweder auf klassischen

Verfahren der Regelungstechnik

(Kalmanfilter) oder stochastischen

Verfahren (z. B. Partikelfilter) basieren

und eine hochgenaue Bestimmung

der Systemzustände, z. B. Ladezustand

(SOC) und Alterung (SOH) ermöglichen.

1 Vermessung eines Lithium-Ionen-Batterie-

moduls.

2 Kalendarische Alterungstests von Lithium-

Ionen-Zellen.

3 Lithium-Ionen-Heimspeicher mit sehr hoher

Zyklenfestigkeit (7000 Vollzyklen).

1 2 3