Bei der Bestimmung des Betriebsverhaltens einer elektrischen Maschine nimmt das magnetische Verhalten des verwendeten ferromagnetischen Materials eine wesentliche Rolle ein. Die möglichst exakte Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von ferromagnetischen Materialien ist im Hinblick auf viele Anwendungen erstrebenswert. Der nichtlineare Zusammenhang zwischen der magnetischen Feldstärke und der magnetischen Flussdichte wird über die sogenannte Kommutierungskurve hergestellt und wird für einfache konzentrierte Bauelemente bis hin zu komplexen Finite Elemente Methode Berechnungen benötigt.
Die genaue Kenntnis über Verlustmechanismen erlaubt es präzise Aussagen bei der elektromagnetischen Simulation zu treffen, um so Verluste zu minimieren und die Leistung zu steigern. Bei der Qualitätskontrolle von Materialien spielt die Bestimmung dieser Eigenschaften ebenfalls eine wesentliche Rolle.
Die messtechnische Erfassung erfolgt nach normierten Verfahren, die einen repräsentativen Aufbau definieren, um so die Zuverlässigkeit der Ergebnisse und die Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Die Messung von Hysteresekurven, die den nichtlinearen Zusammenhang zwischen der magnetischen Feldstärke und der magnetischen Flussdichte abbilden, erfolgt nach normierten Verfahren.
Folgende Dienstleistungen bieten wir an:
- Normative Messungen am Epsteinrahmen (DIN EN 60404-2)
- Normative Messungen mit Hilfe eines Tefalmessgeräts (DIN EN 60404-3)
- Normative Messungen mit Hilfe des Ringkernvefahrens (DIN EN 60404-4)
- Hochtemperaturmessungen bis zu 1000 °C
- Hochfrequente Messungen bis ca. 150 kHz
Zudem können angepasste Messvorrichtungen nach Kundenwunsch gefertigt werden. Sprechen Sie uns einfach an!
Das Batterietestzentrum bietet eine Vielzahl an Prüfkreisen mit unterschiedlichen Stromraten zur Analyse von Batterien auf Zell- und Modulebene (perspektivisch). Die Prüflinge können hierbei vollautomatisch elektrisch charakterisiert und systematische Alterungsmatrizen durchgeführt werden.
Zur Konditionierung der Zellen stehen hierbei vollintegrierte Temperaturkammern sowie Öfen und Inkubatoren zur Verfügung. Alle Testkreise werden in Kombination mit vollintegrierten Temperaturkammern betrieben. Für eine hochfeine Messauflösung, die Rückschlüsse auf die Einzelelektroden ermöglicht, stehen High Precision Coulometry Testkreise zur Verfügung und die Modellbildung kann durch Elektrochemische Impedanzspektroskopie unterstützt werden.
Neben der elektrischen Vermessung ist eine thermische Analyse der Batteriezellen möglich.
Alle Testkreise sind an ein zentrales, redundantes Datenakquisitionssystem angeschlossen.
Ansprechpartnerin: Prof. Dr.-Ing. Susanne Lehner
| Equipment | Einsatz | Spezifikation |
|---|---|---|
| Prüfkreise Consumer Zellen | Charakterisierung & Alterung | 0 – 5 V, 0 – 10 A, parallelisierbar bis 40 A, 48 Kanäle |
| High Precision Coulometry | Charakterisierung & Check-Up Tests | 0 – 5 V, 0 – 10 A, parallelisierbar bis 20 A, 32 Kanäle |
| Impedanzspektroskopie | Charakterisierung | 0 – 5 V, Pulse bis 10 A, 1 A cont., 16 Kanäle |
| Hioki | Messung Innenwiderstand | 0 – 60 V, 0 – 3,1 kOhm |
| Temperaturkammern | Konditionierung | -40 – 90 °C, räumliche Temperaturkonstanz ≤ 1,5 K, zeitlich ≤ 0,5 K, Wärmekompensation bis zu 3 kW |
| Öfen | Konditionierung kalendarische Alterung | max.100 °C, Temperaturkonstanz räumlich ≤ 1K, zeitlich ≤ 1 K |
| Inkubatoren | Konditionierung kalendarische Alterung | -40 – 100 °C, Temperaturkonstanz räumlich ≤ 0,3 K, zeitlich ≤ 0,1 K |
| Datenlogger | Unabhängige Temperaturüberwachung Messaufbau | |
| Präzisionswaage | Zellinventarisierung | Max. 5200 g, Auflösung 0,1 g |
| Wärmebildkamera | Detektion von Hotspots | |
In unserem Chemielabor können wir zahlreiche Messungen zu Vanadium Redox Flow Batterien (VRFB), Hochtemperatur- PEM-Brennstoffzellen (HT PEMFC) und elektrochemischen Wasserstoffpumpen durchführen.
Im Bereich der Hochtemperatur-PEM-Zellen haben wir Expertise beim Herstellen von Elektroden, Bau von Zellen (aktive Fläche 4 cm2), Testen von neuen Materialien in den Zellen und Charakterisierung der Zellperformance mittels Polarisationskurven, elektrochemischer Impedanzspektroskopie und Distribution of Relaxation Times (DRT) Analyse. Unsere Zellen können wir sowohl als klassische Brennstoffzellen, als auch als elektrochemische Wasserstoffpumpen zur Aufreinigung von Wasserstoff betreiben.
Unsere flexible, hauseigene Halbzelle für den Bereich der VRFB ermöglicht die elektrochemische Charakterisierung kleinster Mengen zwei- und dreidimensionaler Elektrodenmaterialien unter Kompression und mit variablen Elektrolytflussraten. Perspektivisch werden auch Vollzell-Messungen möglich sein. Zudem haben wir Erfahrung bei der Aktivierung von Elektroden-Materialien und bei Druckverlust-Messungen.
Ein weiteres Forschungsfeld ist die Röntgenbildgebung mittels in-situ Synchrotron-Messungen zur Untersuchung der Elektrolytbewegung und Wasserstoffbildung in VRFB Elektroden.
Ansprechpartnerin: Prof. Dr. Roswitha Zeis
| Equipment | Einsatz | Spezifikation |
|---|---|---|
| Analysewaage | Abwiegen von Chemikalien, Elektroden, … | Max. Gewicht: 220 g, Ablesbarkeit: 0,1 mg |
| Sprühen von Elektroden | Herstellung von Gasdiffusionselektroden für Hochtemperatur Brennstoffzellen | Aktive Elektrodenflächen von max. 25 cm2 |
| Röhrenofen | Thermische Aktivierung von (Kohlenstoff-) Elektroden | Max. Temperatur: 1100 °C, Betrieb mit Luft oder Inert-Gasen |
| Potentiostaten (Zahner Zennium und BioLogic SP-300 inkl. Booster) | Zyklische Voltammetrie, potentiostatische und galvanostatische Impedanzmessungen | Zahner: 5 V & 3 A BioLogic mit Boostern: 5 V & 10 A oder 14 V & 4 A Ultra-low-current Option für Messungen von Strömen im pA- Bereich |
| Rotating Disk Elektrode | Charakterisierung neuer Katalysatoren, Untersuchung der Sauerstoffreduktion | Disk Elektroden: Platin, Gold und Glassy Carbon Rotating Ring Disk Elektroden (RRDE) Messungen ebenfalls möglich |
| RelaxIS 3 von rhd instruments | DRT Analyse und weitere Auswertung von EIS Messungen | |
| Pressure Drop Messungen | Druckverluste in VRFB Elektroden | 0-1,6 bar, Auflösung 1 mbar |
| Pumpen, peristaltische & Spritzenpumpe | Pumpen von Elektrolyt durch VRFB Halb- und Vollzelle | peristaltische Pumpe: bis ca. 77 mL/min Spritzenpumpe: ca. 0,01-28,30 µL/min |
| Hochtemperatur Brennstoffzellen Teststand | Betrieb von Hochtemperatur Brennstoffzellen und elektrochemischen Wasserstoffpumpen | Temperaturen bis 200 °C, Befeuchtung der Kathode möglich, Betrieb mit H2, ölfreier Luft, N2, CO2 und CO möglich |
| Gaschromatograph | Analyse von Wasserstoff, der mithilfe der elektrochemischen Wasserstoffpumpe aufgereinigt wurde | Detektierbare Gase: H2, N2, CO, CO2, H2O, H2S 2 BID Detektoren |
| Reinstwasseranlage | Aufreinigung des Leitungswassers für die Verwendung in elektrochemischen Experimenten | Leitungswiderstand des Wassers: 18,2 MΩ |
| Gaskatel FlexCell inkl. Temperaturkontrollbox | Untersuchung von Gasdiffusionselektroden in einem Halbzellen-Setup | Messungen mit saurem und alkalischem Elektrolyt Max. Temperatur: 150 °C Aktive Elektrodenfläche: 3 cm2 |
| VRFB Halbzelle mit Fluss | Elektrochemische Charakterisierung von VRFB Elektroden | Aktuell wässriger Elektrolyt |
| Flussbatterie Vollzelle | VRFB Vollzellmessungen | aktive Elektrodenfläche: 6,25 cm2 |
| Trockenofen | Trocknen & Erhitzen von Proben | Max. Temperatur 300 °C |
Unser Energiemanagement-Labor schafft die ideale Umgebung, um intelligente Energiesysteme praxisnah zu entwickeln, zu testen und zu optimieren. Durch drei flexibel einsetzbare Steuerungen können sowohl zentrale als auch dezentral vernetzte Architekturen realitätsnah emuliert und neue Modelle sowie Optimierungsalgorithmen schnell in Betrieb genommen werden. Mit eingebundenen realen Komponenten wie PV-Anlage, Wetterstation und Batteriespeicher sowie programmierbaren Lasten und Quellen lassen sich unterschiedlichste Anwendungsszenarien unter realen Bedingungen abbilden. Ergänzend können externe Datenquellen wie Wetterprognosen oder Strommarktdaten per API integriert werden.
Das Batteriesicherheits- und Abuse-Labor ermöglicht die systematische Untersuchung thermischer, mechanischer und elektrischer (Über-)Beanspruchungen von Batterien. Zur Analyse des Thermal-Runaway- und Brandverhaltens von Batterien und Batteriesystemen stehen unterschiedliche Triggermethoden zur Verfügung, mit denen sich ein thermisches Durchgehen gezielt, kontrolliert und reproduzierbar auslösen lässt. Dabei sind die Triggerparameter individuell einstellbar. So lassen sich beispielsweise im Rahmen der mechanischen Nagelpenetration sowohl die Intrusionsgeschwindigkeit und -tiefe als auch die Material- und Geometrieeigenschaften des Nagels variieren. Bei thermischen Triggerverfahren können unter anderem die Heizleistung und die Aufheizrate gezielt angepasst werden. Ergänzend zur Variation der Triggerparameter ist zudem eine gezielte Variation der Test- und Betriebsbedingungen möglich.
Für die detaillierte Analyse des Batterieverhaltens im Fehler- bzw. Thermal-Runaway-Fall steht eine umfassende messtechnische Infrastruktur zur Verfügung. Diese umfasst neben Temperatur- und Druckmesstechnik auch eine hochauflösende Spannungsmessung und elektrochemische Impedanzspektroskopie. Die eingesetzte Messtechnik eignet sich zudem für die Früherkennung und Analyse von Batterieschädigungen, die potenziell ein thermisches Durchgehen begünstigen können.
Zur visuellen Charakterisierung der Ausgasungs- und Flammenbildungsprozesse kommen ein Kamerasystem mit Hochgeschwindigkeitsfunktion und eine Infrarotkamera zum Einsatz. Perspektivisch wird das bestehende Versuchsportfolio um kalorische und gastechnische Analysemethoden erweitert.
Die Abusetests werden in einem verbunkerten Testbereich durchgeführt. Dieser ist gegenüber der Umgebung feuerbeständig abgeschottet und als Schwarzbereich für kontaminierte Zonen ausgeführt. Dadurch lassen sich Versuche an Zellen unter kontrollierten und sicheren Bedingungen realisieren, ohne dass eine Brandübertragung auf die Umgebung oder eine Verschleppung von Kontaminanten aus dem Experimentalbereich zu erwarten ist.
Ansprechpartner: Jonas Mathes
| Equipment | Einsatz | Spezifikation |
|---|---|---|
| Kamera | optische und akustische Zustandsanalyse, Verlaufsanalyse | 3840 x 2160 Px 120 fps |
| IR-Kamera | thermografische Zustandsanalyse | 320 x 240 Px, 0 – 650 °C, 25 fps |
| Videosystem | optische Zustandsanalyse | 1027 x 786 px, Farbe + IR, derzeit 5 Kameras |
| Impedanzspektroskopie | elektrochemische Zustandsanalyse (Zelle) | 0-6 V, 0.5 – 10 KHz, Multisinus und Sweep. |
| Gasdruckmessung | TR-Verhalten | statischer & dynamischer Gasdruck, Strömungsgeschwindigkeit |
| Temperaturmessung | thermische Zustandsanalyse | ≤ 1300 °C |
| Spannungsmessung | elektrische Zustandsanalyse | 0 – 60 V: 0.1 mV >60 V: 1 mV |
| Nagelmaschine | Mechanische Triggerung | Penetrationswinkel einstellbar +-90° max. Fahrweg 40 mm, max. Geschwindigkeit 40 mm/s, Nageldurchmesser und Material: frei wählbar (derzeit Stahl und Wolfram, 1.3 – 6.3 mm) |
| Heizdraht | Temperierung und Thermische Triggerung | glasfaserisoliert, wahlweise Regelung P oder T, nach Bedarf, via PID-Regler, in Verbindung mit Siglent MM 4055. Max Leistung: 320 W Dauer, Peak (10 s): 750 W |
| Zyklisierer | Zykliseren, bzw. Entladen und (Über-)Laden von Batterien | je nach Modell: 0 – 5 V, 0 – 40 A, oder 0 – 800 A |
| Konstanter | Überladen von Zellen, Betrieb der Zellheizung | 0 – 24 V, 0 – 40 A |
| Konstanter | Überladen von Zellen | 0 – 40 V, 0 – 60 A |