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MA – Qualifizierung Li-Ion Batteriesystem

Qualifizierung eines Li-Ion Batteriesystems

Kurzzusammenfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wird der Qualifizierungsprozess für ein tragbares Lithium-Ionen Speichersystem bis zum Produktlevel durchgeführt. Dieser Prozess besteht aus einzelnen Teilschritten mit dem Ziel der Feststellung der Produktkonformität. Zunächst werden anhand einer Normenrecherche Anforderungen und Vorgaben an das Speichersystem ermittelt. Ausgehend von harmonisierten Richtlinien und nationalen Gesetzen werden dabei technische Normen auf ihre Anwendbarkeit geprüft. Für die Auswahl der anwendbaren Normen spielen neben den zutreffenden EU-Direktiven und nationalen Gesetzen vor allem
der Einsatzbereich des Speichers und die Speichertechnologie eine wichtige Rolle. Im zweiten Schritt wird eine softwaregestützte Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse durchgeführt, um, neben den allgemein gehaltenen Mindestanforderungen aus den Normen, einen Katalog an potentiellen Schwachstellen zu erarbeiten, die einer positiven Konformitätsbewertung und der damit verbundenen Anbringung des CE-Kennzeichens auf dem Speicher im Wege stehen. Die aus der Analyse resultierenden Maßnahmen dienen der Verbesserung von Sicherheit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Systems und stützen somit die Konformitätsvermutung. Aus den Ergebnissen der Normenrecherche und der Fehlermöglichkeits-und Einflussanalyse werden auf das Speichersystem angepasste Qualifizierungstests herausgearbeitet.
Die Durchführung dieser Tests ist ein weiterer Teilschritt im Qualifizierungsprozess. Die Prüfung des Batterieverhaltens und der Batteriesicherheit stehen hierbei im Vordergrund. Neben der Durchführung der Qualifizierungstests ist auch deren Dokumentation wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit. Im Falle einer Kontrolle durch eine Marktaufsichtsbehörde dient sie als Nachweis für ein ordnungsgemäßes Konformitätsbewertungsverfahren. In der Arbeit wird nachgewiesen, dass das untersuchte Speichersystem die Anforderungen aus Normen und Richtlinien erfüllt. Weiterhin werden mit den Erkenntnissen aus den Qualifizierungstests Möglichkeiten zur Systemoptimierung erarbeitet. Neben der Lebensdauer stehen hierbei vor allem die Bereiche Systemzustandserkennung und Benutzerfreundlichkeit im Vordergrund. Die Optimierung stellt damit einen schleichenden Übergang weg von den gesetzlichen Mindestanforderungen hin zu qualitätsverbessernden Maßnahmen dar.

Abstract

In this thesis, the qualification process for a portable lithium-ion energy storage system up to product level is accomplished. This process consists of several partial steps, which finally lead to detection of product compliance. First of all, requirements and specifications concerning the storage system were determined by an investigation of technical standards. Starting from harmonized EU-Directives and national law the applicability of technical standards is examined. The choice of the applicable standards depends on storage Technology and the field of use. The next step is to carry out a software guided failure mode
and effects analysis to detect weak spots and failure points. The measures resulting from the analysis are used for improvement of safety, durability and reliability of the storage. They strengthen the systems compliance presumption. The output of both, the Standards investigation and the failure analysis, lead to qualification tests customized to the storage system. The execution of these qualification tests is a further step in the qualification process. This tests affect mainly battery performance and battery safety. On top of that an essential element of this thesis is the documentation of the battery audit. In case of an
inspection by a national authority this documentation helps to proof a proper compliance assessment. The thesis verifies the product compliance of the storage system with respect to directives and technical standards. With the gained insights from the qualification tests, possibilities for system optimization are elaborated. Alongside durability, especially system state detection and user friendly operation are important aspects. The optimization thus represents a smooth transition from the legal minimum requirements to quality-enhancing measures.

Bearbeiter: Michael Baus

Betreuer: Raphael Chacon Troidl (Ceus);

Bernd Wunder (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761597; Email: Bernd.Wunder@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: Energietechnik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März