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07 2021 Elektronik 29 Batterien akkus und Ladesysteme Neubiberger Halbleiterspezialist konzentriert sich im Cobra-Projekt auf smarte Sensorik über die elektrochemische Impedanzspektroskopie EIS Dabei wird über die ohnehin schon vorhandenen Zuleitungen zu den Polen der Batterie ein kleines Signal in die Batterie geschickt und der Realund Imaginärteil des Responses in Abhängigkeit von der Signalfrequenz gemessen So gelingt »minimalinvasiv« der Blick ins Innere der Zelle ohne dass zusätzliche Komponenten eingebracht oder die Zellhülle zusätzlich durchdrungen wird Mit EIS werden eine zuverlässige Bestimmung der mittleren Zellkerntemperatur und weitere Erkenntnisse über den Zustand der Zelle SoX möglich Kommt es bei der Zellproduktion etwa zu Verunreinigungen können mit dem Verfahren leicht geschädigte Zellen identifiziert werden Auch der sogenannte Thermal Runaway ein thermisches Durchgehen der Batteriezelle wird schnell erkannt Des Weiteren trägt Infineon mit dem Einbau eines extrem kleinen halbleiterbasierten Drucksensors zum Cobra-Projekt bei der Ausgasungen im Batteriemodul misst Innerhalb der beteiligten Partner werden weitere Sensortypen untersucht Infineon unterstützt dort nach eigener Aussage bei Bedarf um auch diese Sensoren »schlau zu machen« Die Kunst des Mischens Das Fraunhofer ISIT in Itzehoe kümmert sich um die grundlegende Materialentwicklung für die umweltfreundlichen Bild Das Gehäuse der kobaltfreien Batterien besteht aus Zellulose und kommt bei Aentron in Gilchig aus dem 3D-Drucker Bild Aentron Batterien im Cobra-Projekt Ein Team um Dr Reinhard Mörtel steht vor der Herausforderung Kobalt mit anderen Materialmischungen zu ersetzen oder seinen Anteil zumindest weitgehend zu minimieren mit einer vergleichbar hohen Energiespeicherdichte wie beim umstrittenen Element Nickel Mangan und Kobalt werden bisher zumeist im Verhältnis 8 1 1 für Kathoden genutzt »Wir experimentieren für Cobra mit der Balance zwischen Grundmaterialien Elektrolyten und Separatoren und testen die elektrochemische Machbarkeit Es geht quasi um die Kunst des Mischens damit wir die höchste Kathodenleistung erreichen « Nach bisherigem Forschungsstand könnten für den Kathodenanteil überlegierte Systeme auf Nickel-Mangan-Basis die Lösung sein Zum Einsatz kommen Schichtmaterialien mit Phasenumwandlung die zur Stabilisation mit Aluminium und Bor dotiert sind Die Zusammenarbeit innerhalb des Cobra-Projektes wird vom IREC Institut de Recerca en Energia de Catalunya in Barcelona koordiniert Das erste Jahr war laut Dr Mörtel »Coronabedingt herausfordernd« alle Partner mussten sich an die virtuelle Zusammenarbeit gewöhnen Dennoch soll schon im Frühjahr dieses Jahres spätestens jedoch im Herbst die »Serie One« fertiggestellt und folgend getestet werden »Das Ziel sind 20-Ah-Zellen Die später erscheinende zweite Serie wird einen alternativen Aufbau haben So können wir direkt vergleichen welches Szenario sich am besten für das Endmuster des EU-Projektes 2023 eignet « UH beschränkt sich nicht nur auf die Mobilität Wir sehen großes Potenzial auch für autonome und elektrische Fahrzeuge in der Industrie das kann vom fahrerlosen Transportsystem AGV bis zum Traktor reichen und genauso den maritimen Bereich bereichern also umweltfreundliche Schiffe für Personenverkehr und Transport « Beide Branchen befinden sich laut de Roche ebenfalls gerade in einer »Optimierungsphase« müssen den CO2 -Richtlinien der EU entsprechen und setzen auf Wachstum und Effizienz durch innovative Technologien Aentron zeichnet sich im Cobra-Projekt für das Gehäuse und als Systemintegrator verantwortlich Der Batteriespezialist aus Gilching bei München erstellt ein Referenzdesign welches mit grünen Materialien den gleichen Brandund Kurzschlussschutz bieten muss wie herkömmliche Gehäuse Bild Die Wahl für Cobra fiel auf Zellulose welche für die Testserien direkt aus einem 3D-Drucker am Aentron-Stammsitz kommt Der holzähnliche Stoff ist nicht nur sicher sondern auch leicht und bietet gute Voraussetzungen für eine sehr effiziente Integration der Batteriezellen und Gesamttechnologie »Wir bauen die Batterie zusammen« sagt John de Roche Vor fünf Jahren war er Co-Gründer von Aentron heute lässt er als Innovationsleiter ein junges Team das Lastenheft für die CobraBatterieintegration erstellen Wie können die einzelnen Batteriekomponenten am sichersten platzsparendsten und effektivsten auf der Bodenplatte und im Gehäuse untergebracht werden? Nach dem ersten Jahr und damit rund einem Viertel der angesetzten Projektlaufzeit werden erste Muster an der Technischen Hochschule Ingolstadt getestet und validiert Die Lerneffekte fließen zurück zu Aentron und bilden als Interaktion zwischen allen Partnern die Basis für das Endmuster der CobraBatterie 2023 Messung des Zellzustands Infineon hält mit 1 25 Millionen den höchsten Anteil der unter »Horizon 2020« finanzierten Gesamtprojektsumme von 11 85 Millionen Euro Der