Grundlagen zur Auslegung von Batterie-Prüflaboren

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Auslegung von Batterie-Prüflaboren

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Veröffentlicht am: 09.09.2019

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Für das Testen von Batterien müssen Prüflabore mit entsprechender Ausrüstung und technischen Anlagen ausgestattet werden. Welche Herausforderungen und Aufgaben bei der Auslegung von Batterietestern anfallen, hat uns Herr Grupe von Digatron erzählt.

Durch das Erstarken der Elektromobilität gewinnt das Testing von Batterien kontinuierlich an Bedeutung. Für die Auslegung der entsprechenden Prüflabore ist ein umfangreiches und technisch anspruchsvolles Testequipment notwendig. Für die Einschätzung der zukünftigen Entwicklung und der aktuellen Herausforderungen im Batterie-Testing hat uns Herr Grupe von der Firma Digatron ein paar spannende Fragen beantwortet. Herr Grupe konzipiert mit seinem Team passgenaue Lösungen im Themenfeld Batterie-Testing.
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Battery-News.de: Herr Grupe, Sie unterstützen Ihre Kunden täglich bei der Planung eines Batterielabors. Welche Herausforderungen begegnen Ihnen dabei immer wieder?

Herr Grupe: Jeder Kunde hat unterschiedliche Anforderungen und ganz individuelle Vorstellungen von seinem Batterielabor. Es gibt nie die eine Lösung, die wir aus der Schublade holen und dem Kunden präsentieren, sondern immer eine ganz eigene Planung, die wir eigens für und mit den Kunden ausarbeiten. Herausforderungen sind dabei immer neue Produkte mit verschiedensten Anforderungen. Die Testgeräte müssen mit den Innovationen gehen und sich immer weiterentwickeln. Beispielsweise steigen die Anforderungen von Tests in der Elektromobilität durch vermehrte Anwendung und strengere Normen mit höheren Anforderungen. Kunden, die bestimmte Arten von Batterien testen wie beispielsweise Batterien für Elektrofahrzeuge, benötigen häufig Hochstrom-Geräte mit Spannungen zwischen 600 bis 1.000V. Diese sind in der Lage hochdynamischen Laständerungen für einen typischen Fahrzyklus zu simulieren und gleichzeitig die Daten vom BMS der Batterie auszuwerten. Dabei muss man immer wachsam sein, um kritische Zustände rechtzeitig zu erkennen, damit die Sicherheit nicht gefährdet wird. Hinzu kommen bauliche Voraussetzungen und meist auch ein limitiertes Platzangebot.

Battery-News.de: Wie schaffen Sie es immer wieder diese Herausforderungen zu meistern?

Herr Grupe: Allgemein gilt es sich auf die Vorstellungen von Kunden einzustellen und zu klären, was getestet werden soll. Die Möglichkeiten sind unendlich groß: Test von Einzelzellen, Batteriemodulen und Packs und Spannungs- und Leistungsbereichen von wenigen Volt bis hin zu 1.000 Volt. Wichtig ist auch zu verstehen, ob weitere Anforderungen an das Testgerät bestehen, die Spannungs- und Strombereich überschreiten. Dazu gehören zum Beispiel Genauigkeit, Messrate, Dynamik oder Stromripple. Alles wichtige Faktoren, die je nach Anwendungsfall erforderlich sind. Oft kommen noch Third-Party-Produkte hinzu, wie Temperaturkammer, Datenlogger und so weiter, die einwandfrei mit den Testgeräten zusammenarbeiten müssen. In der Praxis kommt es häufig vor, dass ein Kunde für die Steuerung von Digatron Testkanälen und für die Datenerfassung sein eigenes SCADA System einsetzen möchte. Die Testkanäle müssen dafür in das hauseigene System des Kunden über entsprechende Schnittstellen integriert werden. Digatron stellt hierzu offene Schnittstellen zur Verfügung, so dass die Integration schnell und einfach erfolgen kann. Dabei gilt es flexibel zu sein, sodass die Anpassung an neue Anwendungsfälle schneller erfolgen kann. Natürlich spielt dabei auch die Erfahrung eine wichtige Rolle, um individuelle Anforderungen zu erfüllen.

Battery-News.de: Der Betrieb eines Prüflabors ist nicht gerade ungefährlich, da gibt es doch sicher auch einige Dinge in puncto Sicherheit und Brandschutz zu berücksichtigen?

Herr Grupe: Die Sicherheitsvorkehrungen hängen immer ganz individuell von der Installation und dem Risikolevel ab. Möchte man einen Prototyp testen, sind Sicherheitsrisiko und damit auch Sicherheitsmaßnahmen deutlich höher als bei einem fertigen Produkt. Generell kann die Sicherheit beim Testen von Energiespeichern auf zweierlei Arten gewährleistet oder erhöht werden: Im Gerät selbst befinden sich dazu Sicherheitsroutinen, wie die Detektion von plötzlichen auffälligen Spannungsänderungen oder Grenzwertverletzungen. Externe Einrichtungen, wie die Detektion von brennbaren Gasen oder plötzliche unerklärliche Temperaturanstiege. Abschaltmechanismen für die jeweiligen Anwendungsfälle gewährleisten dann, dass die Sicherheit während des Testens gewährleistet ist. Wichtig ist außerdem immer, dass schon frühzeitig Experten, wie Sicherheits- und Brandschutzbeauftragter in das Projekt einbezogen werden. So kann man sicher gehen, dass die Vorkehrungen ausreichend sind und man auch rechtlich abgesichert ist.

Battery-News.de: Gerade im Bereich Elektromobilität ist die CO2-Einsparung ein wichtiger Treiber. Was muss beachtet werden, wenn ich schon bei den Tests der Batterien CO2 einsparen möchte?

Herr Grupe: Es gibt die Möglichkeit sogenannte regenerative Geräte einzusetzen. Diese sind in der Lage, Energie aus der Batterie beim Entladen wieder ins Netz zurückzuspeisen, ähnlich wie eine Solaranlage. Diese Technologie gibt es mittlerweile auch für Geräte mit kleinsten Strömen und Spannungen zum Test von Consumer-Einzelzellen. Dadurch spart man nicht nur CO2 und zahlt auf die Ökobilanz ein, sondern profitiert von enormer Energieeinsparung. Mehr als 50 % im Vergleich zu einem nicht regenerativen Gerät. Doch nicht nur das. Das Gerät produziert auch viel weniger Wärme, wodurch auch Klimatisierungskosten auf ein Minimum reduziert werden. All das führt dazu, dass sich ein solches Gerät innerhalb kürzester Zeit von selbst finanziert.

Battery-News.de: Aus Ihrer Erfahrung, welcher Faktor wird bei Lösungen und Kundenanfragen oft unterschätzt und sollte Ihrer Meinung nach immer berücksichtigt werden?

Herr Grupe: Häufig vergessen Kunden wie wichtig zuverlässiger Service & Support ist. Dabei kostet jeder Geräteausfall richtig Geld. Hier ist es wichtig, dass man im Notfall schnelle Hilfe bekommt, damit die Kosten möglichst gering bleiben. Außerdem verderben viele Köche den Brei. Nicht immer ist es sinnvoll, sein Labor mit zu vielen Lieferanten zu bestücken. Denn jeder Lieferant nutzt seine eigenen Systeme, was Installationen schnell komplex werden lassen kann. Besser sind wenige Lieferanten, auf die man sich voll und ganz verlassen kann. Aber auch Zukunftsfähigkeit und Investitionsschutz sind wichtige Faktoren für ein Batterielabor.

Battery-News.de: Wie kann das Testlabor für zukünftige Technologiegenerationen vorbereitet werden?

Herr Grupe: Digatron liefert seit über 50 Jahren an Testlabore, Batteriehersteller, Batterieanwender, Forschungsinstitute und an die Automobil-Industrie Einrichtungen zum Testen und Formieren von Energiespeichern. Aufgrund der Vorgaben zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes für den Flottenverbund, sind im Laufe der letzten 10 Jahre zahlreiche Projekte zur Elektromobilität realisiert worden. Dementsprechend ist auch die Anzahl der Anfragen für Testgeräte zum Testen neuer Speichertechnologien stetig gestiegen. Dazu gehören Lithiumbatterien, Brennstoffzellen und SuperCaps.

Auch Digatron liefert seinen Beitrag zur CO2 Reduzierung: Inzwischen sind alle Geräte auch in regenerativer Ausführung verfügbar. Diese Geräteserien sind modular aufgebaut und lassen sich durch die verwendete Einschubtechnik sehr einfach erweitern. Für die unterschiedlichen Spannungsbereiche existieren 6V, 20V, 60V, 100V, 600V, 800V und 1.000V. Die Anpassung an die gewünschte Leistung, bzw. Stromstärke erfolgt durch Parallelschaltungen der Leistungsendstufen.
Selbstverständlich sind die Prüfprofile dabei für den Anwender frei programmierbar, so dass die z.Z. auf dem Weltmarkt existierenden Normen für Batterieprüfungen abgedeckt werden.

Battery-News.de: Welche Kompetenzen sind für den laufenden Betrieb notwendig?

Herr Grupe: Prüfanlagen dürfen nur von Mitarbeitern mit einer speziellen Ausbildung bedient werden, da es durch fehlerhaften Umgang mit Batterien zu Personenschäden kommen kann. Eine Zusatzausbildung ist nötig, wenn man Tests bei Spannungen von über 60 Volt durchführen möchte. Das ist nicht nur sinnvoll für die Sicherheit, sondern gut geschulte Mitarbeiter sind die Voraussetzung für einen qualitätsgesicherten Prüfprozess. Wichtig ist natürlich auch, dass man ausführliche Schulungen zu den eingesetzten Systemen erhält. Nur so kennt man alle Funktionen und ist in der Lage sie gewinnbringend zu nutzen.

Battery-News.de: Vielen Dank für das Gespräch.
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