Neuer Labortest für realitätsnahe Batterie-Erprobung

Forscher am Fraunhofer LBF arbeiten im Projekt MEF-BILL an einer neuen Methode, um Batterien unter realen Bedingungen zu testen. Dazu kombinieren die Darmstädter eine multiphysikalische Erprobungseinrichtung mit einer rechnerischen Fahrzeugsimulation.

Bislang sind Labortests von E-Fahrzeug-Batterien ein ganzes Stück von der Realität entfernt. Das hängt unter anderem damit zusammen, dass im Labor bis dato meist ein Stromprofil mit idealisiertem Verlauf als Grundlage zur Beurteilung dient. Erste Tests unter realen Bedingungen können somit oftmals erst stattfinden, wenn ein fahrbereiter Fahrzeugprototyp zur Verfügung steht.

Das Fraunhofer LBF hat nun im Projekt MEF-BILL ein Labortest entwickelt, der Batterien realitätsnah erprobt. Der Projekttitel steht für „Battery In The Loop @ LBF“ in Anlehnung an die Kategorisierung des Testverfahrens als sogenannte „Hardware-in-the-Loop“-Simulation. Doch der Reihe nach: Die Bewegungen der Fahrzeugkarosserie ahmen die Forscher mittels eines Schwingtischs nach, der über sechs hydraulische Zylinder in alle Richtungen bewegt werden kann. Herzstück des Systems ist daneben die rechnerische Fahrzeugsimulation, die auf dynamische Input-Informationen aufbaut, sprich: Die Forscher überprüfen durchgehend die realen Parameter der Batterie und speisen diese immer wieder zurück in die Simulation.

Diese Parameter werden in erster Linie beeinflusst von elektrischen Lasten, den Bewegungen des Fahrzeugs sowie klimatischen Aspekten. „Bis dato wurden diese im Labor getrennt voneinander geprüft, mit vorgegebenen Standard-Zeitverläufen. Tatsächlich bedingen sich diese Parameter aber gegenseitig und hängen in komplexer Weise voneinander ab“, heißt es in der Mitteilung des Darmstädter Instituts. In MEF-BILL prüfen die Experten diese Belastungsgrößen zeitgleich und in ihrer Wechselwirkung. Und noch mehr als das – sie simulieren das Fahrzeug auch auf ganz unterschiedlichen Strecken, mit variabler Geschwindigkeit und Beladung.

„Wir können die Batterien also auf realistische Weise erproben – und zwar bevor ein Prototypenfahrzeug überhaupt physisch existiert“, erläutert Dr. Riccardo Bartolozzi, technischer Experte für die numerische Systemsimulation am Fraunhofer LBF. „Auf diese Weise gewinnen wir sehr viel Zeit im Entwicklungsprozess und verbessern die Ergebnisqualität deutlich.“ Das System sei einsatzfähig, mittlerweile liefen Vorbereitungen für die finale Demonstration, heißt es zum Stand der Dinge.

Zu den größten Herausforderungen, die das Team bei der Entwicklung des Labortests meistern musste, gehörte übrigens der Echtzeit-Charakter der Simulation: „Sollen beispielsweise zehn Sekunden Betrieb getestet werden, darf auch die gesamte Simulation nicht länger als zehn Sekunden dauern“, führen die Forscher aus. Um dies hinzubekommen, musste die Komplexität der Berechnungen reduziert werden. Das Fraunhofer LBF spricht von einem ausbalancierten „Optimum zwischen Komplexität und Berechnungszeit“.
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