Lebensdaueranalyse struktureller Gapfiller unter Berücksichtigung des Battery-Breathing Effektes

Vorhabenbeschreibung:

Durch die modullose Integration von Zellen in die Batterie ist es bei Cell-to-Pack und Cell-to-Chassis Konzepten notwendig, strukturelle Gapfillersysteme einzusetzen. Während bei den heutzutage genutzten Materialien der Aspekt der Wärmeleitung im Vordergrund steht und das Material nur über geringe Module verfügt, erfordern die beiden neuen Ansätze den Einsatz struktureller Klebstoffe, damit die zusätzlichen Lasten, die aus den entfallenen Batteriemodulen entstehen, ebenfalls übertragen werden können. Während des Lade- und Entladevorganges kommt es aber zur Zellatmung, dem sogenannten Breathing-Effekt, der sich negativ auf die Lebensdauer der Batterie auswirkt. Im Forschungsantrag werden daher Methoden zur Lebensdauerabschätzung von strukturellen Gapfillerschichten unter Einwirkung von Beanspruchungen aus dem Battery-Breathing mit Hilfe von numerischen und experimentellen Untersuchungen entwickelt. Zur Erreichung der Projektziele wird der Battery-Breathing Effekt anhand von ge- und entladenen Batteriezellen im Computertomographen untersucht, quantifiziert und numerisch abgebildet. Die Charakterisierung der strukturellen Gapfiller durch thermoanalytische und mechanische Versuche sowie die Analyse der auftretenden Lastfälle bildet die Basis für die Bestimmung der Beanspruchung der strukturellen Gapfiller. Die Schwingfestigkeit der Gapfillersysteme wird anschließend anhand von geklebten Proben untersucht und Wöhlerkurven werden erstellt. Abschließend wird eine Demonstratorstruktur im Cell-to-Pack (CTP) Design numerisch ausgelegt, erstellt und mit einem Zyklisierer be- und entladen, um etwaige Schäden zu ermitteln. Aus den Untersuchungen wird eine Methode zur Lebensdaueranalyse struktureller Gapfiller abgeleitet und u.a. in Form eines Merkblattes dokumentiert, um das erarbeitete Wissen den Endanwendern aus den KMU (Konstruktion und Berechnung, Batterieentwicklung, Beratung) zur Verfügung zu stellen zur Erweiterung der nationalen und internationalen Marktpräsenz.