Lithium-Ionen-Akkus 3D-gedruckte Pouch-Zellen bestehen Batterieprüfung nach UN 38.8

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

3D-gedruckte Batteriezellen von Blackstone Technology haben die kritische Batterieprüfung nach UN 38.3 bestanden. Die mit einer patentierten 3D-Drucktechnologie gefertigten Pouch-Zellen aus dem Werk im sächsischen Döbeln gewährleisten damit nachweislich auch unter widrigen Bedingungen einen sicheren und gefahrlosen Transport.

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Erfolgreich nach UN 38.8 getestet: diese 3D-gedruckten Pouch-Zellen von Blackstone.
Erfolgreich nach UN 38.8 getestet: diese 3D-gedruckten Pouch-Zellen von Blackstone.
(Bild: Blackstone)

Bei der siebenstufigen Prüfung hat das mit dem Verfahren beauftragte Testlabor Volta Labs 33 Batteriezellen äußerst widrigen Umweltbedingungen ausgesetzt. Die Sicherheit, Beständigkeit und die Resistent gegenüber Umwelteinflüssen der von Blackstone im 3D-Druck gefertigten Lithium-Ionen-Akkus, ist damit technisch nachgewiesen.

Robuste Transportfähigkeit in sieben Testreihen bestätigt

Der sogenannte UN-38.3-Test stellt sicher, dass Lithium-Zellen und -Batterien gefahrlos transportiert und versendet werden könnten. Es werden also Bedingungen simuliert, denen die Ladungsträger beim Transport ausgesetzt sein können. Dazu gehören Umwelteinflüsse wie Druck, Temperatur, Quetschung oder Stöße. Diese Tests sind im „Handbuch Prüfungen und Kriterien“ der Vereinten Nationen definiert und werden im Abschnitt 38.3 beschrieben – daher die Bezeichnung „UN 38.3“.

Durchgeführte und bestandene Testverfahren:

  • T1 Altitude: Bei dem sogenannten Höhen- bzw. Unterdrucktest (Altitude Test) wird der Transport etwa in einem Luftfahrzeug simuliert. Bei keiner Zelle trat ein Gewichts- oder Spannungsverlust auf. Es wurde alle Kriterien erfüllt, der Test gilt als bestanden.
  • T2 Thermal: Beim Thermal Test werden die Zellen hohen Temperaturunterschieden ausgesetzt. Dabei werden die Zellen u.a für mindestens sechs Stunden bei einer Temperatur von 72 °C ±2 K gelagert. Während der Testzyklen in der Klimakammer gab es keine Auffälligkeiten. Es wurden alle Kriterien erfüllt, der Test gilt als bestanden.
  • T3 Vibration: Während des Vibrationstests werden die dynamischen Belastungen in allen Einbaulagen auf die Zellen während eines Transports simuliert. Jede Zelle wurde in Summe neun Stunden der Vibration ausgesetzt. Hierbei kam es zu keinem auffälligen Verhalten, auch Spannung und Gewicht veränderte sich bei keiner Zelle. Es wurde alle Kriterien erfüllt, der Test gilt als bestanden.
  • T4 Schlag: Während der Schlagprüfung soll die Zelle kumulativen Schlägen ausgesetzt werden. Diese Abfolge wurde für alle drei Achsen durchgeführt. Es wurde dabei kein auffälliges Verhalten festgestellt. Gewicht und Spannung der Zellen blieben unverändert. Es wurden alle Kriterien erfüllt, der Test gilt als bestanden.
  • T5 Äußerer Kurzschluss: Der Test simuliert einen äußeren Kurzschluss der Zelle. Dafür wurden die Zellen auf 60 °C vorgewärmt, der Kurzschlusszustand wurde 70 Minuten beibehalten. Nach normgerechter Durchführung dieses Tests an vier Testmustern, die zu keiner signifikanten Erhöhung der Außentemperatur geführt haben, eher zur Abkühlung (Außentemperatur 20 °C), wurde der Kurzschlusswiderstand verringert und ein Spitzenkurzschlussstrom von 600 A gemessen (an 4,8 mΩ). Die Spannungen waren nach dem Öffnen des Lastschalters bei 0,4 bis 0,7 V und erholten sich innerhalb von zwei Stunden auf Werte zwischen 2 und 2,7 V. Es wurden alle Kriterien erfüllt, der Test gilt als bestanden.
  • T6 Schlageinwirkung/Quetschung: Der Test stellt eine mechanische Beschädigung durch Quetschung nach, die mit einer 20-Tonnen-Hydraulikpresse herbeigeführt wurde. Die Kraftweinwirkung der Presse über den Stempel wurde mithilfe eines entsprechenden Aluminium-Quaders flächig auf die Zelle verteilt. Die Presse wurde mit der vorgegebenen Geschwindigkeit von 1,5 cm/s auf das Zellmuster gefahren und bei einer Presskraft von 13,5 kN wurde die Quetschung normgerecht abgebrochen und der Stempel zurückgefahren. Es kam weder zu einem Spannungseinbruch noch zu einer signifikanten Verformung der Zelle. Es wurde alle Kriterien erfüllt, der Test gilt als bestanden.
  • T7 Overcharge: Dieser Test ist für Einzelzellen nicht vorgesehen und war für diese Testreihe nicht erforderlich.
  • T8 Erzwungene Entladung: Der Test dient zur Ermittlung der Widerstandsfähigkeit der Zellen gegenüber eines erzwungenen Entladungszustandes. Bei diesem Test wird eine vollständig entladene Zelle mithilfe einer externen Stromversorgung zu einer Überentladung gezwungen, sodass sie keine Spannung mehr liefert und als Widerstand agiert. Als maximaler Entladestrom wurden nach Spezifikation 30 A gewählt. Es kam während der Prüfung und innerhalb der folgenden sieben Tage zu keinem Brand oder einer Zerlegung der Zelle. Es wurden alle Kriterien erfüllt, der Test gilt als bestanden.

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