Dosier­an­la­gen für Bat­te­rie-Prüf­stand sor­gen für schnel­le Aus­re­ge­lung der Soll-Wer­te sowie repro­du­zier­ba­re Testergebnisse

Um den hohen Anfor­de­run­gen des Auto­mo­bil­sek­tors in Bezug auf Sicher­heit, Leis­tung, Robust­heit, Lebens­dau­er und ‑kos­ten sowie Umwelt­schutz zu ent­spre­chen, wer­den bei elek­tri­schen Fahr­zeug­an­trie­ben spe­zi­el­le Bat­te­rien benö­tigt. Damit die­se auf der Lithi­um-Ionen-Tech­no­lo­gie basie­ren­den Bat­te­rien den Ansprü­chen an die Leis­tungs­fä­hig­keit sowohl im auto­mo­bi­len Ein­satz als auch bei der Ver­wen­dung als sta­tio­nä­rer Spei­cher gerecht wer­den, müs­sen sie auf Bat­te­rie­prüf­stän­den getes­tet wer­den. Bei der Deut­schen ACCUMOTIVE GmbH & Co.KG wer­den zur Tem­pe­rie­rung der Trak­ti­ons­bat­te­rien seit Ende 2016 acht zusätz­li­che Dosier­an­la­gen der LEWA GmbH ein­ge­setzt. Eine prä­zi­se Rege­lung sowohl des Volu­men­stroms als auch des Drucks fin­det über je zwei Kreis­läu­fe für das Was­ser-Gly­kol-Gemisch statt – pro Prüf­ling ein Kreislauf.

Bereits seit 2009 befin­den sich dort ähn­li­che LEWA-Anla­gen rund um die Uhr sie­ben Tage die Woche im voll­au­to­ma­ti­schen Betrieb auf Bat­te­rie­prüf­stän­den im Ein­satz. Als 2016 die Test­ka­pa­zi­tä­ten aus­ge­baut wur­den, ent­schied man sich auf­grund der Zuver­läs­sig­keit sowie der guten Qua­li­tät der Sys­te­me erneut für die Anla­gen von LEWA. „Der Arbeits­be­reich der bau­glei­chen Dosier­an­la­gen, die für einen wei­ten Tem­pe­ra­tur­be­reich des Test­flu­ids von ‑30 bis +85 °C aus­ge­legt sind, reicht bis zu einem Druck von 10 bar“, berich­tet Roland Schwab, Pro­duct Mana­ger bei LEWA. Der Volu­men­strom ist etwas grö­ßer als bei den Vor­gän­ger­an­la­gen und lässt sich für jeden Kreis­lauf sepa­rat zwi­schen 30 und 900 l/h ein­stel­len. Die Dau­er der Test­zy­klen liegt zwi­schen weni­gen Minu­ten und meh­re­ren Stun­den. Auf die­se Wei­se wird in Form von Worst-Case-Sze­na­ri­en die Lebens­dau­er bei extre­men Betriebs­zu­stän­den ermittelt.

Wär­me­däm­mung für repro­du­zier­ba­re Ergebnisse

Die 1,1 x 0,8 x 2,1 m (L x B x H) gro­ße Anla­ge ist in ver­schie­de­ne Ebe­nen geglie­dert: Die ers­te besteht aus Grund­ge­stell, Auf­fang­wan­ne und Kühl­was­ser­an­schluss. Zur zwei­ten gehö­ren Tem­pe­rier­ge­rät, Dosier­pum­pen, Mess­ge­rä­te und Pro­zess­an­schluss. Die drit­te setzt sich aus Schalt­schrank, Bedie­nung und Schnitt­stel­len zusam­men. Alle Kom­po­nen­ten wer­den auf dem gemein­sa­men Grund­ge­stell mon­tiert, das sich mit­tels Hub­wa­gen bewe­gen lässt und eine durch­gän­gi­ge Edel­stahl-Wan­ne zum Auf­fan­gen mög­li­cher Lecka­gen beinhal­tet. Alle Bau­tei­le sind so ange­ord­net, dass die Anla­ge opti­mal zugäng­lich ist und sich ein­fach bedie­nen lässt. Die eigent­li­chen Sys­tem­kom­po­nen­ten sind mit einer Wär­me­däm­mung ver­se­hen, damit die Umge­bungs­tem­pe­ra­tur kei­nen Ein­fluss auf die Flu­id­tem­pe­ra­tur und deren Gra­di­en­ten hat. „Das ist eine unab­ding­ba­re Vor­aus­set­zung, um bei den dyna­mi­schen Wech­sel­tests mit unter­schied­li­chen Pro­zess­tem­pe­ra­tu­ren ein repro­du­zier­ba­res Ergeb­nis erzie­len zu kön­nen“, so Schwab.

Das vom Ver­hält­nis her stets unver­än­der­te Was­ser-Gly­kol-Gemisch wird vom Tem­pe­rier­ge­rät auf die gewünsch­te Betriebs­tem­pe­ra­tur ein­ge­re­gelt und anschlie­ßend in einem geschlos­se­nen Kreis­lauf umge­wälzt. Aus die­sem ent­nimmt das Dosier­pum­pen-Sys­tem einen defi­nier­ten Volu­men­strom, der auf zwei par­al­le­le, von­ein­an­der unab­hän­gi­ge Dosier­krei­se auf­ge­teilt wird. Das tem­pe­rier­te Flu­id wird durch die Trak­ti­ons­bat­te­rien geför­dert und schließ­lich wie­der dem geschlos­se­nen Kreis­lauf zuge­führt. Dort wird mit Hil­fe eines Vibra­ti­ons­grenz­schal­ters per­ma­nent die Flüs­sig­keits­men­ge gemes­sen und im Fall eines zu gerin­gen Füll­stands früh­zei­tig eine Warn­mel­dung aus­ge­ge­ben. „So kann die Anla­ge wäh­rend des Betriebs ohne Beein­träch­ti­gung ihrer Funk­ti­on nach­ge­füllt wer­den“, erläu­tert Schwab.
Ver­bes­ser­tes Regelungskonzept

Da sich aus der Pra­xis ein ent­spre­chen­der Bedarf erge­ben hat­te, wur­den neben der Aus­le­gung der Pum­pen außer­dem die Schnitt­stel­len zum kun­den­sei­ti­gen Pro­zess­leit­sys­tem ange­passt und die Steue­rung sowie das Hand­ling der Anla­gen ver­bes­sert. „Damit die zu prü­fen­den Trak­ti­ons­bat­te­rien nicht beschä­digt wer­den, lässt sich der maxi­ma­le För­der­druck varia­bel begren­zen. Selbst bei einer kurz­zei­ti­gen Über­schrei­tung des vor­ge­ge­be­nen Grenz­werts um mehr als ein Pro­zent erfolgt die Abschal­tung der Dosier­pum­pe und die Stö­rung wird gemel­det“, führt Schwab aus. Gleich­zei­tig soll­te die Anla­ge im gesam­ten Druck- und Tem­pe­ra­tur­be­reich eine sehr hohe abso­lu­te Genau­ig­keit der Volu­men­strö­me auf­wei­sen. Um die erfor­der­li­che Repro­du­zier­bar­keit und Sta­bi­li­tät zu gewähr­leis­ten, war eine anspruchs­vol­le Kom­bi­na­ti­on von Volu­men­strom- und Druck­re­ge­lung erfor­der­lich. Über die LEWA-Soft­ware wer­den die­se Para­me­ter sym­me­trisch gesteu­ert. Lie­gen bei­de Ist-Wer­te unter­halb des Soll, wird die För­der­leis­tung erhöht bis einer der Grenz­wer­te erreicht ist. Bei Über­schrei­ten eines Soll-Werts wird der Volu­men­strom umge­hend so ein­ge­re­gelt, dass einer der Ist-Wer­te auf und der ande­re nicht ober­halb des Ziel­werts liegt. Der ein­ge­stell­te Maxi­mal­druck wird dabei nie über­schrit­ten, so dass das Innen­le­ben der Bat­te­rien kei­nen Scha­den nimmt.