Höl­len­fahrt für LiI­on-Akkus

Die Wel­le der E‑Mobilität rollt. Und zwar ­gewal­tig. Damit ver­bun­den sind die Ent­wick­lung und ­Erpro­bung neu­er Tech­no­lo­gi­en in bis­her unge­ahn­ten Dimen­sio­nen. Bei ­Phoe­nix ­Test­lab in Blom­berg wer­den bis zu 800 kg ­schwe­re LiI­on-Akku­pa­ke­te getes­tet. Ein Blick hin­ter die Kulis­sen einer moder­nen Fol­ter­kam­mer.

Das The­ma ist sprich­wört­lich heiß: Immer wie­der geis­tern Nach­rich­ten von bren­nen­den E‑Autos durch die Nach­rich­ten. Das The­ma Akku­mu­la­tor bekommt durch die gefor­der­te enor­me Ener­gie­dich­te und ihren Ein­satz im rol­len­den All­tag eine ganz neue Bri­sanz. Und damit auch Din­ge wie Halt­bar­keit, Dau­er­be­las­tung und Sicher­heit. Daher ist Phoe­nix Test­lab in Blom­berg bei der Auto­mo­bil­in­dus­trie eine aller­ers­te ­Adres­se.

Wir machen Akkus alt. Und das ganz schnell.“ Der das sagt, trägt kei­nen Zau­ber­hut oder ist im Besitz einer Zeit­ma­schi­ne. Micha­el Jon­ca lei­tet das Bat­te­rie­la­bor bei Phoe­nix Test­lab. Und wirkt nicht nur aus­ge­spro­chen sym­pa­thisch, son­dern auch sehr seri­ös. Also kein Hokus­po­kus, son­dern ech­te tech­no­lo­gi­sche Pio­nier­leis­tung, mit der den Ener­gie­spen­dern von E‑Fahrzeugen hier zu Lei­be gerückt wird.

Die Her­ren der Zeit­rei­se

Unse­re Auf­ga­be ist es, Lithi­um-Ionen-Akkus im Pro­to­ty­pen­sta­di­um künst­lich altern zu las­sen. Durch unse­re aus­ge­klü­gel­ten Test­ver­fah­ren stres­sen wir die emp­find­li­chen Ener­gie­trä­ger der­art, dass dies weit mehr als einem Auto­le­ben ent­spricht.“ Eine vir­tu­el­le Zeit­ma­schi­ne. Also doch ein wenig Zau­be­rei! „Dabei rich­ten wir uns streng nach den Vor­ga­ben der Her­stel­ler“, erklärt Micha­el Jon­ca sei­ne Auf­ga­ben.

Das Bat­te­rie-Prüf­la­bor

Phoe­nix Test­lab ist ein unab­hän­gi­ges Prüf­in­sti­tut, wel­ches 1994 von Phoe­nix Con­tact gegrün­det wur­de – noch unter dem Namen Phoe­nix EMV-Test GmbH. Der dama­li­ge Anlass war die seit die­ser Zeit vor­ge­schrie­be­ne Elek­tro­ma­gne­ti­sche-Ver­träg­lich­keits-Prü­fung (kurz EMV). Von Beginn an war die Unab­hän­gig­keit des Insti­tuts trotz der räum­li­chen Nähe zum grün­den­den Unter­neh­men ein wich­ti­ges Merk­mal des Test­la­bors. Die­se Unab­hän­gig­keit ist einer der Eck­pfei­ler für den raschen Erfolg des High­tech-Unter­neh­mens. Ein ande­rer: Der Kun­de ist König.

Daher gel­ten in den hei­li­gen Hal­len am Königs­win­kel 10 auch oft­mals stren­ge Vor­ga­ben der Kun­den. „Sor­ry, aber die­se Gerä­te und Prüf­lin­ge sind für Foto­gra­fen tabu.“ Das betrifft ins­be­son­de­re die Auto­mo­bil­bran­che. Für die und ihre bis zu 800 Kilo­gramm schwe­ren Ener­gie­spei­cher ist Phoe­nix Test­lab seit 2011 ein nahe­zu unver­zicht­ba­rer Part­ner. Im Früh­jahr die­ses Jahrs begann der Betrieb eines der moderns­ten Labo­re der gesam­ten Bran­che für die Prü­fung von Lithi­um-Ionen-­Bat­te­ri­en und ‑Modu­len auf einer Flä­che von ca. 950 Quadrat­metern.

Der Auf­bau die­ses Test­cen­ters begann mit die­sen Con­tai­nern.“ Zusam­men mit Tho­mas Worsch, dem Mar­ke­ting­ex­per­ten von Phoe­nix Test­lab, star­ten wir einen Rund­gang durch das Prüf­in­sti­tut. „Con­tai­ner sind ide­al, weil wir die jewei­li­gen Test­kom­ple­xe und die Prüf­lin­ge aus Sicher­heits­grün­den ein­zeln hand­ha­ben kön­nen.“ Micha­el Jon­ca führt aus: „Zwar tes­ten wir hier kei­ne Zer­stö­rungs­sze­na­ri­en, set­zen also den Prüf­ling nicht absicht­lich der Zer­stö­rung aus. Aber auch unse­re Halt­bar­keits- und Lebens­dau­er­tests stres­sen die gro­ßen Bat­te­ri­en erheb­lich. Daher gibt es auch eine ganz enge Zusam­men­ar­beit mit der ansäs­si­gen Feu­er­wehr, die einen poten­zi­el­len Brand ohne Gefähr­dung des rest­li­chen Testlabs und der Mit­ar­bei­ter und umlie­gen­der Anwoh­ner schnell unter Kon­trol­le brin­gen muss.“

In der Fol­ter­kam­mer

Die gro­ßen Bat­te­rieblö­cke wer­den über Mona­te hart ran­genommen. Ers­te Sta­ti­on ist die elek­tri­sche Prüf­an­la­ge. „Wir ­laden hier mit rich­tig Ener­gie, boos­ten in ein bis zwei Stun­den auf Voll­la­dung. Und das vie­le tau­send Male. Unser Strom­ver­brauch ist daher ähn­lich hoch wie der der gesam­ten Fer­ti­gung von Phoe­nix Con­tact in der Nach­bar­schaft.“

Kein Wun­der, dass am Ende die­ses Test­laufs die Prüf­lin­ge ein bis zwei Wochen lie­gen ­gelas­sen wer­den, bis sie wie­der an den Auf­trag­ge­ber zurück­gesandt wer­den. „Die che­mi­schen Reak­tio­nen im Akku sind ja nicht abrupt been­det, das klingt noch eine Wei­le nach“, erklärt der Chef des Batterie­labors. „Die Gefahr einer Ent­zün­dung auf dem Trans­port­weg wäre zu hoch für eine sofor­ti­ge Rück­sen­dung.“

Schüt­teln für die Schiff­fahrt

Es wird mecha­nisch. Wir mar­schie­ren zur nächs­ten Fol­ter­kam­mer. Die hört sich nach Jahr­markt an: „Das ist unser Shaker, unse­re Rüt­tel­kam­mer. Hier schüt­teln wir den Bat­te­rie­pack rund zwei Wochen lang unun­ter­bro­chen, und das kom­bi­niert mit einer Kli­ma­kam­mer, sodass wir hier Hit­ze und Käl­te simu­lie­ren kön­nen.“ Die Aus­ma­ße des haus­ho­hen Prüf­stands sind enorm. „Wir heben den Prüf­ling mit­samt sei­nem von uns ange­fer­tig­ten Aggre­gat­rah­men mit einem 5‑Ton­nen-Kran auf sei­nen Platz.“ Die stäh­ler­ne Schüt­tel­plat­te wiegt allein 35 Ton­nen. Sie ist im Fun­da­ment federnd gela­gert, sonst wür­de im wei­ten Umkreis die Erde beben“, berich­tet Tho­mas Worsch. Jon­ca ergänzt: „Hier tes­ten wir auch Kom­po­nen­ten aus der Schiff­fahrt und der Indus­trie, nicht nur Bat­te­ri­en, son­dern auch gan­ze Schalt­schrän­ke.“

Der Prüf­stand rüt­telt im „ein­a­xia­len Schwin­gungs­ver­fah­ren“. Um einen Prüf­ling in allen drei Dimen­sio­nen durch­zu­schüt­teln, wird sei­ne Lage auf der Prüf­an­la­ge ver­än­dert. Eine Gemein­heit hat der Prüf­stand auch noch drauf: „Wir simu­lie­ren hier auch einen mecha­ni­schen Schock, also etwa die Fahrt über einen Bord­stein. Da las­ten dann bis zu 50g auf dem Prüf­ling.“

Der T‑Schocker

Die Bat­te­ri­en sind je nach Kun­den­wunsch mal sechs Mona­te, mal fast andert­halb Jah­re im ­Phoe­nix Test­lab. Nicht drum­her­um kom­men die bemit­lei­dens­wer­ten Dau­er­läu­fer um das nächs­te Test­mar­ty­ri­um: den T‑Schocker. „Zehn bis drei­ßig Tage lang muss der Bat­te­rie­pack einen Tem­pe­ra­tur­sturz von ‑40 °C bis +75 °C aus­hal­ten. Das sind ganz typi­sche Anfor­de­run­gen aus der Auto­mo­bil­in­dus­trie“, lässt uns Micha­el Jon­ca stau­nen. „Hier wird die Dich­tig­keit der Außen­hül­le stra­pa­ziert.“

Letz­te Hür­de Schwimm­bad

Ist der Prüf­ling bis hier­hin noch immer bei guter Lau­ne, droht ihm im Tauch­be­cken die nächs­te Tor­tur. „Die­ses gro­ße Becken ist ganz neu“, schallt Jon­cas Stim­me durch das spe­zi­el­le Schwimm­bad. An der Decke der gro­ße Kran, der die Bat­te­ri­en ins kal­te oder war­me Was­ser hebt. „Wir kön­nen das Was­ser auch behei­zen.“

Am Tauch­be­cken gehen die Akkus baden

Für jedes Akku­pa­ket ist ein Team an Inge­nieu­ren und Mit­ar­bei­tern zustän­dig, denn die jewei­li­gen Test­pro­ze­du­ren sind kom­plett unter­schied­lich. „Momen­tan befin­den sich zwölf ver­schie­de­ne Prüf­lin­ge, und damit auch zwölf ver­schie­de­ne Ener­gie­trä­ger für ihre jewei­li­gen E‑Fahrzeuge, bei uns im Test.“ Wer den net­ten Herrn Jon­ca durch sei­ne Fol­ter­kam­mern beglei­tet, der kann sich mit Sicher­heit dar­auf ver­las­sen, dass die Prüf­lin­ge, die hier heil ent­kom­men, nahe­zu jede Tor­tur mit Leich­tig­keit ertra­gen.

Phoe­nix Test­lab

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