Labor für Batterien und Speichersysteme

Unser Labor befasst sich mit Systemen und Komponenten von elektrochemischen Energiespeichern. Mit unseren Prüfständen charakterisieren und modellieren wir Speicherzellen und -module.

Unser Labor

Wir untersuchen die Eigenschaften von elektrochemischen Energiespeichern wie Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer unter verschiedensten Anforderungen. Dabei ermitteln wir die Parameter für eine optimale Nutzung und Ansteuerung von Batteriesystemen um einen sicheren und ökonomischen Betrieb zu gewährleisten. Dafür bauen wir Batterie-Management-Systeme sowie Batterien.

Leistungsangebot

  • Untersuchung der Speicherung elektrischer Energie in elektrochemischen Speichern
  • Testen und Charakterisieren von Batteriezellen und –modulen
  • Entwickeln von Batteriesystemen / Batterie-Management-Systemen und deren Integration in mobile und stationäre Anwendungen
  • Untersuchung der Systemaspekte der Stromspeicherung fluktuierender Energiequellen, z.B. von solargeneriertem Strom
  • Untersuchung und Förderung des effizienten Managements der elektrochemischen Speicher
  • Entwickeln und Überprüfen von mathematischen Modellen für die Auslegung modelbasierter Batterie-Management-Systemen
  • Zudem bieten wir technologische Bewertungen von Batterien hinsichtlich ihrer Integration in mobile und stationäre Anwendungen an.

Kompetenzen

Unser Labor ist eines der Schlüssellabore für die Forschung des BFH-Zentrums Energiespeicherung und verfügt über folgende Kompetenzen:

  • Kenntnisse in der Blei-, Lithiumionen- und Salzbatterietechnologie (NaNiCl).
  • Untersuchungen von Eigenschaften und Leistungsfähigkeit der Batteriezellen sowie Messungen zur Ermittlung der Lebensdauer und der thermischen Eigenschaften, durchgeführt an hochmodernen Prüfständen.
  • Entwicklung angepasster Algorithmen zur Überwachung und Funktionsbewertung (Ladezustand, Lebensdauer, Leistung) von Batteriesystemen aufgrund der gesammelten Daten
  • Entwicklung von Batterie-Management-Systemen (BMS), basierend auf den angepassten Algorithmen, mit speziell angepasster Hardware, die einen möglichst geringen Eigenverbrauch und eine hohe Sicherheit bietet.

Unser Labor verfügt über folgende Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur:

  • Automatisierte Zellen- und Modulprüfstände (fünf Kanäle bis 5 V/200 A: alle parallel schaltbar, 40 Kanäle bis 5V/50A: alle parallel schaltbar)
  • Einen automatisierten Modultester (ein Kanal bis 100 V/100 A und ein Kanal bis 35 V/200, 12 Kanäle bis 100V/50A: alle parallel schaltbar)
  • Infrastruktur für die Entwicklung und Validierung von Batteriemanagementsystemen
  • Ein High-Power Impedanzspektrometer
  • Sechs Temperaturkammern für das Testen von Zellen
  • Drei Temperaturkammern für das Testen von Batterien (Packs/Modulen)
  • Einen Kühlcontainer für das Testen von grossen Batteriemodulen oder -systemen
  • Zwei Wärmebildkameras und über 80 kleinformatige, hochgenaue Temperatursensoren

In den mit Schutzgas geschützten Temperaturkammern sind Batterieexperimente von -30 °C bis + 80 °C möglich.

Swiss Trolley plus

In diesem Projekt entwickelt die HESS AG in Zusammenarbeit mit den Verkehrsbetrieben Zürich (VBZ) sowie der ETH Zürich und der Berner Fachhochschule (BFH) einen neuen Trolleybus, welcher anstatt des konventionellen Notstrom-Dieselaggregats mit einer Traktionsbatterie ausgestattet ist. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile: i) bis zu 15% geringerer Energiebedarf durch regeneratives Bremsen, ii) die Möglichkeit des Fahrens ohne Oberleitung, z.B. in Stadtzentren, iii) der Ausgleich von Spitzenlasten im Oberleitungsnetz.
Die BFH untersucht deshalb im Batterielabor in beschleunigten Alterungstests wie sich die verschiedenen Zellen in Ihrer Lebensdauer unterscheiden und wie sich eine maximale Lebensdauer erzielen lässt. Insbesondere soll durch die Tests eine Voraussage der Lebensdauer des Batteriepakets ermöglicht werden.

Prosumer-Lab

Im Rahmen dieses Projektes werden Grundlagen, Strategien und Komponenten erforscht, entwickelt und unter kontrollierten Bedingungen verglichen, um den Eigenverbrauch in intelligenten Gebäuden mittels Energiemanagementsystemen unter Berücksichtigung des gesamten Netzverhaltens (Verteil- und Hausnetz) so zu optimieren, dass eine optimale Integration von Prosumenten in Verteilnetze ermöglicht wird. Die Wechselwirkung zwischen dem Verteil- und dem Hausnetz wird dabei im Speziellen untersucht. Zudem werden die sozio-ökonomischen Auswirkungen des Verhaltens einer grösseren Gruppe von Prosumenten mit ihren individuellen Optimierungsalgorithmen auf das Verteilnetz und auf die bestehenden Geschäftsmodelle von Verteilnetzbetreibern identifiziert und analysiert.

SBB-Batterie

In diesem Projekt wird eine Batterie von Grund auf neu konzipiert und entwickelt, welche im Bereitschafts-Parallelbetrieb in Reisezugwagen der SBB zum Einsatz kommt. Im Fokus standen Gewichts- und Platzreduktion sowie die Steigerung der Systemeffizienz. Es wurde eine leichte, leistungsfähige Batterie mit vorteilhaften Payback-Eigenschaften entwickelt. Ziel ist es, mindestens ein oder sogar mehrere Prototypen auf der Schiene im Einsatz zu haben. Die Umsetzung von Analysen, Pflichtenheft, Technologiewahl, Batteriemanagement-Design bis hin zum Aufbau erfolgte in Zusammenarbeit mit der SBB. Der Prototyp ist teils im Bau, teils noch in der Entwicklungsphase, die Software-Architektur ist noch in den Anfängen. In einer nächsten Phase soll das Produkt fertiggestellt und im Labor sowie später auf der Schiene auf seine Tauglichkeit getestet werden.

Technikfolgenabschätzung und Risikoanalyse von Li-Ionen-Batterien

An verschiedenen Standorten des Eidg. Departements für Verteidigung, Bevölkerungsschutz und Sport (VBS) soll ein sicherer Umgang mit Batterien gewährleistet werden. Um den sicheren Betrieb während der gesamten Batterielebensdauer zu gewährleisten, wird eine Technologiefolgenabschätzung (TA) von gängigen Batterietechnologien erstellt. Hauptthema ist die Technologieanalyse, wobei die Risikoanalyse und das Risikomanagement im Fokus stehen. Hinzu kommt eine Zusammenfassung von Prüfrichtlinien und Normen. Für die theoretische Untersuchung wird in erster Linie in gängiger Literatur recherchiert. Der experimentelle Teil der Arbeit umfasst die Charakterisierung von gebrauchten und neuen Batterien im Labor.

BFH-Zentrum Energiespeicherung

Das Labor wirkt am BFH-Zentrum Energiespeicherung mit. Das BFH-Zentrum ist ein überdepartementales Gefäss zur Erforschung und Entwicklung von Technologien für Energiewandler und -speicher und an drei der sieben Swiss Competence Centers for Energy Research (SCCER) beteiligt.

Kontakt

Kontaktieren Sie uns oder treffen Sie unsere Fachexpertinnen und Fachexperten an diversen Veranstaltungen im direkten Gespräch. Aus einer Zusammenarbeit resultiert ein Gewinn für alle Beteiligten: für Ihr Unternehmen, die Gesellschaft sowie die Fachhochschule.

Auszeichnungen Andrea Vezzini

Fachliteraturpreis Bulletin SEV/VSE 2010 - Informations- und Kommunikationstechnik:
Die Jury zeichnete Andrea Vezzini für seinen Artikel über die technischen Grundlagen und Möglichkeiten heutiger Lithium-Ionen-Batterien aus. Der Autor erläutert in seinem Beitrag die technischen Grundlagen dieser Batterien und beschreibt die wichtigsten Parameter und Eigenschaften. Ein fundiertes Verständnis von Lithium-Ionen-Batterien leistet einen wichtigen Beitrag für deren korrekten Einsatz.
Andrea Vezzini ist bei 6 Patentfamilien im Bereich Ladegeräte, Batterie-Managementsysteme und Batteriekonstruktion mit insgesamt 20 Veröffentlichungen als Erfinder aufgeführt.