Battery-News.de im Gespräch mit Ansgar vom Hemdt und Artur Schneider, vom TÜV Rheinland, zum Thema Batterietesting

Veröffentlicht am: 16.04.2021

Battery-News.de sprach mit den beiden Geschäftsführern des frisch gegründeten Batterieprüfzentrums des TÜV Rheinlands in Aachen. Im Interview werden unter anderem der Standort des Prüfzentrums, die Marktentwicklung in der Elektromobilität und die Zukunftsperspektiven für Batterieprüfungen ausführlich thematisiert.

Battery-News.de: Herr Schneider und Herr vom Hemdt, können Sie uns einen Einblick geben, wie Sie zum Batterietesting fanden und was Sie heute am Themengebiet fasziniert?

Schneider: Als Chemiker habe ich mich bereits im Studium und in der Promotion intensiv mit dem Thema Lithium-Ionen-Batterie beschäftigt. Insbesondere die Herstellung geeigneter Materialien für den effizienten und sicheren Betrieb von Batteriezellen waren mein Schwerpunkt. Nach meinem beruflichen Einstieg bei einem großen Industriekonzern, wechselte ich nach knapp 3 Jahren zum TÜV Rheinland. Dort übernahm ich ein Projekt, welches zum Ziel hatte, eine Investition in ein Testzentrum zur Qualitätsabsicherung von Fahrzeugbatterien vorzubereiten. Ich bin sehr glücklich, dass wir dieses Projekt in Kooperation mit der PEM Gruppe umsetzen können. Der Grundstein dafür würde mit der Unternehmensgründung der TÜV Rheinland Automotive Component Testing GmbH am Standort Avantis gelegt.

Vom Hemdt: Nach meinem Studium im Bereich Wirtschaftsingenieurwesen Fachrichtung Maschinenbau habe ich mich während meiner Promotionszeit am Lehrstuhl PEM der RWTH Aachen intensiv mit dem Themenfeld der Lithium-Ionen-Batterie auseinandergesetzt. Mehr durch Zufall übernahm ich dabei im Rahmen einer Urlaubsvertretung die Projektleitung für ein kleines Batterietesting-Projekt. Nach meiner Promotionszeit bekam ich dann die Möglichkeit für die PEM Gruppe gemeinsam mit dem TÜV Rheinland ein Testzentrum für Fahrzeugbatterien zu konzipieren und nun als Teil des neuen Unternehmens auch zu realisieren. Am meisten fasziniert mich an dem Themengebiet die technische Interdisziplinarität und Bedeutung des Themas für die gesamte Elektromobilität. Batterietesting birgt Fragestellungen im Bereich der Elektrik / Elektronik, Chemie, Mechanik und Werkstoffkunde. Gleichzeitig wird aus meiner Sicht die Bedeutung der Absicherung von Lithium-Ionen-Batterien auch in Zukunft eher zu- als abnehmen, um die Akzeptanz der Batterie als sicheres Produkt weiter zu steigern.

Battery-News.de: Erst unlängst hat der TÜV Rheinland einen Batterietesting Standort in Aachen gegründet, den Sie beide leiten. Welche Gründe sprachen für den Standort in Aachen?

Schneider & Vom Hemdt: Der Standort im deutsch-niederländischen Gewerbepark Avantis hat sich bei der Auswahl des Standortes aus mehreren Gesichtspunkten als hochinteressant dargestellt. Hierbei spielen sowohl geographische, als auch standortspezifische Themen eine Rolle. Geographisch im Herzen Europas gelegen, bietet uns dieser Standort eine hervorragende Basis, um Kunden aus dem gesamten europäischen Wirtschaftsraum bedienen zu können. Auf der anderen Seite bot uns der Standort in Avantis, der ehemals eine Produktionsstätte für Solarzellen beherbergt hat, geeignete infrastrukturelle Rahmenbedingungen zur Errichtung eines hochmodernen Prüflabors für Fahrzeugbatterien. Zuletzt sind wir überzeugt, dass sich der Standort zu einem Zentrum für neuartige Mobilitäts- und Antriebssysteme entwickeln wird, da neben dem Prüflabor auch der Lehrstuhl der PEM, die PEM Motion sowie zahlreiche Start-Ups mit Mobilitätsschwerpunkt angesiedelt sind. Der Austausch in diesem hochinnovativen Netzwerk wird allen Partnern zugutekommen und uns in die Lage versetzen im dem immer komplexer werdenden Umfeld der Elektromobilität die passenden Lösungen für unsere Kunden zu entwickeln.

Battery-News.de: Welche Standards sehen Sie aktuell bei der Prüfung von Batterien in Bezug auf die Testanforderungen? Wo sehen Sie die künftigen Standards und was können Sie ganz real heute an Ihrem Standort in Aachen abbilden?

Schneider & Vom Hemdt: Grundsätzlich unterscheiden wir bei der Prüfung von Batterien zwischen regulatorischen Testanforderungen und herstellerspezifischer Qualitätsabsicherung. Regulatorische Prüfungen werden im Rahmen einer Typzulassung, beispielsweise der ECE R100 für den europäischen Wirtschaftsraum, durchgeführt. Art und Anzahl der Prüfungen, sowie die Prüfkriterien sind dabei eindeutig festgelegt und für alle Hersteller gleich. So werden Fahrzeugbatterien beispielsweise auf ihre Feuerbeständigkeit, mechanische Unversehrtheit und ihr Verhalten gegenüber externem Kurzschluss geprüft. Der vielfach größere Testbedarf entsteht jedoch im Rahmen der Entwicklung einer Fahrzeugbatterie. Typischerweise durchlaufen Batterien, vergleichbar mit anderen Fahrzeugkomponenten, verschiedene Musterphasen vom ersten Prototyp bis hin zur Serienreife. Innerhalb dieses Prozesses werden auf Grundlage herstellerspezifischer Prüfvorgaben zahlreiche Qualitätsmerkmale einer Batterie geprüft, einschließlich Zyklenstabilität, Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, mechanischer Beanspruchung und Zerstörung. Je nach Hersteller können diese Vorgaben sehr unterschiedlich sein. Viele Hersteller orientieren sich dabei an der sog. LV124, einem Teststandard, welcher gemeinsam durch die deutschen Automobilhersteller zur Qualitätsabsicherung entwickelt worden ist. Unser Prüflabor in Aachen wird ab kommendem Jahr in der Lage sein, sämtliche notwendigen Prüfungen aus einer Hand an einem Standort abzubilden. Bereits heute sind wir in der Lage unseren Kunden elektrische Tests auf Systemebene sowie Abuse-Prüfungen auf Zell- und Modulebene anzubieten.

Battery-News.de: Der Markt der Elektromobilität hat sich insbesondere in den letzten Jahren erheblich beschleunigt. Welche Bedeutung hat das Batterietesting für die Elektromobilität und welche weitere Entwicklung sehen Sie für selbiges?

Schneider & Vom Hemdt: Die Prüfung und Qualitätsabsicherung von Fahrzeugbatterien ist essentieller Bestandteil einer sicheren und umweltverträglichen Elektromobilität, die Akzeptanz bei der breiten Bevölkerung findet. Aus diesem Grund sind wir überzeugt, dass die Bedeutung des Batterietestings weiter zunehmen wird. Die Batterie ist unbestritten eine der Kernkomponenten eines Elektrofahrzeugs und ein wesentliches Qualitäts- und vor allem Unterscheidungsmerkmal der Fahrzeughersteller. Annähernd jeder namhafte Hersteller hat aktuell mindestens ein vollelektrisches und/oder hybrides Fahrzeug in seiner Modellpalette. Es ist davon auszugehen, dass die Anzahl der elektrischen Modelle über die kommenden 5-10 Jahre stark zunehmen wird. Damit einher geht ein starker Zuwachs im Testbedarf für die entsprechenden Batteriesysteme. Ein weiterer Faktor, welcher die Bedeutung des Batterietestings verstärkt, ist die fortschreitende technologische Entwicklung von Fahrzeugbatterien, angefangen von der Zellchemie, über Temperaturmanagement bis hin zum Produktionsprozess. Mit zunehmender Energiedichte und Leistung der Systeme steigen ebenfalls die Anforderungen an die Sicherheits- und Kontrollsysteme der Batteriesysteme. Aus diesem Grund sind wir überzeugt, dass der Bedarf und die Anforderungen an Batterieprüfungen, getrieben durch die Entwicklungen in der Automobilbranche, steigen wird.

Battery-News.de: Für welche Kundengruppen sind die Tests, wie Sie diese hier in Aachen durchführen, relevant? Welche Bereiche der Batterie-Branche beauftragen Sie?

Schneider & Vom Hemdt: Grundsätzlich sind wir branchenoffen aufgestellt. Unser Testportfolio bietet alle wichtigen Tests zur Qualitätsabsicherung von Lithium-Ionen-Batterien, unabhängig vom Verwendungszweck. Der Hauptfokus unseres Labors liegt allerdings auf der Automobilindustrie, angefangen bei Automobilherstellern über Zulieferer bis hin zu Batterieherstellern. Im Rahmen der Konzeptionierung haben wir uns an den wesentlichen internationalen Standards zur Absicherung und Homologation von Traktionsbatterien orientiert. Unsere Prüfstände sind demnach darauf ausgelegt große Fahrzeugbatterien zu testen.

Battery-News.de: In der Produktion von Batteriezellen sind Effizienzsteigerung, Automatisierung, Digitalisierung und Nachhaltigkeit aktuell die Schlüsselbegriffe künftiger Produktionsstandards. Lassen sich diese Themen so auch in das Batterietesting überführen?

Schneider & Vom Hemdt: Selbstverständlich sind die vier Themenfelder auch für uns wesentliche Treiber beim Aufbau unseres Labors. Im Rahmen der Konzepterstellung unseres Labors haben wir einen Hauptfokus auf einen effizienten Prüfablauf gelegt. Wir planen dabei den Aufbau eines vollintegrierten Prüffelds, in welchem jeder Prüfstand zu jedem Zeitpunkt durch ein Automatisierungssystem überwacht und gesteuert werden kann. So kann beispielsweise der Weg jedes Prüflings innerhalb unseres Prüflabors komplett digital und transparent abgebildet und ein effizienter Laborbetrieb ermöglicht werden.

Das Thema Nachhaltigkeit adressieren wir ebenfalls auf vielfältige Weise. Durch den Einsatz moderner Gebäude- und Prüftechnik werden wir den Energiebedarf soweit möglich reduzieren. Gleichzeitig arbeiten wir gemeinsam mit dem Gebäudeeigentümer (ConAC GmbH) an dem Aufbau und der Integration eines stationären Speichers. Mit diesem Speicher werden wir in der Lage sein die freiwerdende Energie bei Entladevorgängen zwischen zu speichern und bei nachfolgenden Ladevorgängen erneut zu nutzen. Darüber hinaus existieren an unserem Standort noch weitere Initiativen den CO₂-Fußabdruck durch den Einsatz von Photovoltaik etc. zu reduzieren.

Battery-News.de: Die Festkörperbatterietechnik ist aktuell eine der wahrscheinlichsten Weiterentwicklungen der Batterietechnik. In wieweit denken Sie, dass sich Testanforderungen durch die Weiterentwicklung der Batterietechnik künftig ändern können?

Schneider & Vom Hemdt: Die Festkörperbatterie ist eine von zahlreichen Stoßrichtungen bei der Entwicklung von leistungsfähigeren elektrischen Speichern. Das Grundprinzip besteht darin die flüssigen Bestandteile, zumeist auf Basis eines organischen Lösungsmittels, durch einen Festkörperelektrolyten zu ersetzen. In der Theorie ergeben sich daraus Vorteile im Hinblick auf Leistung, Betriebsfestigkeit und Sicherheit. Tatsache ist jedoch, dass es bis zur Marktreife, bei der Entwicklung und Industrialisierung dieser Batterietechnik noch einige Herausforderungen gibt. Kurz- bis mittelfristig werden sowohl der Testbedarf als auch die -anforderungen bezogen auf Festkörperbatterien deutlich zunehmen, da viele Hersteller die Entwicklung dieses Batterietyps vorantreiben. Die Art der Prüfungen wird unserer Einschätzung nach keine wesentlichen Veränderungen erfahren. Auch für Festkörperbatterien werden elektrische und mechanische Tests, sowie Umweltsimulations- und Missbrauchsprüfungen, relevant bleiben. Mit Sicherheit werden sich die Prüfschwerpunkte verschieben, da Charakteristika und Versagensmechanismen der Festkörperbatterien sich von konventionellen Lithium-Ionen Batterien unterscheiden. Als Prüfdienstleister haben wir uns vor dem Hintergrund des technologischen Fortschritts bewusst breit und flexibel aufgestellt, um zukünftige Entwicklungen begleiten zu können.