MADAM4Life – Mechanische Alterungsdiagnostik mit Dehnungsmessstreifen, Dilatation, Druck, Akustik und Modalanalyse zur Lebensdauervorhersage

Das Gesamtziel des Projektvorhabens MAD³AM4Life ist, mit Hilfe von verschiedenen non-invasiven mechanischen Messverfahren unterschiedliche Zellzustände wie State-of-Charge (SoC) und Alterungsprozesse in Lithium-Ionen–Zellen (LIBs) in-operando zu überwachen. Für Pouch-Zellen werden experimentelle Modal- und Ultraschalldiagnostik zur Überwachung von mechanischen Materialparametern untersucht. Durch die Kombination mit weiteren mechanischen Sensoren, wie z.B. für 2D/3D-Dilatation und über Modalanalysen, wie sie heute schon am Fraunhofer Institut für Siliziumtechnologie (ISIT), am Fraunhofer-Institut für Silikatforschung und an der TU München eingesetzt werden, soll ein umfassendes Verständnis für die mechanischen Änderungen in der Zelle durch unterschiedliche Alterungsprozesse erreicht werden, das es heute noch nicht gibt. Für die Schaffung einer umfangreichen Datenbasis werden vom ISIT Pouch-Zellen unterschiedlicher Zellchemien erstellt und kommerzielle Rundzellen angeschafft. An beiden Zell-Geometrien werden jeweils angepasste Alterungstests durchgeführt.

Detaillierte Modelle der betrachteten Zell-Geometrien werden entwickelt für ein verbessertes Verständnis der Abhängigkeit der Ultraschall-Signalausbreitung /-veränderung von Alterungsphänomenen. Diese Modelle sollen weiterhin Untersuchungen der Übertragbarkeit der Messverfahren auf die jeweils andere Zell-Geometrie unterstützen.

Aus den mechanischen Messmethoden sollen neuartige Diagnostikverfahren für Batterie Management Systeme (BMS) entstehen, die die heutige Zustandsbestimmung bei sekundären Batteriespeichern wie LIBs mittels elektrischer Größen und Temperatur um mechanisch-elektrochemische Wechselwirkungen erweitern. Insbesondere eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung des State-of-Health (SoH) soll erreicht und eine datenbasierte Optimierung der Lebensdauerprognose ermöglicht werden.