••• 18••• Innovationen Lighter and tougher More resilient alloys due to new casting process In particular the automotive sec- tor is interested in coming up with metal alloys that are lighter than the ones currently used and which retain their mechanical pro- perties and corrosion resistance. With this aim in mind, Spain re- searcher Leire Solaberrieta Ost- aloza at the Universidad Pública de Navarra (UPNA) in Pamplona selected the aluminium-silicon al- loy (AA380), extensively used in the automotive industry, and stu- died the effect of casting and die manufacturing processes on its mechanical properties and corro- sion resistance. “Samples were obtained by me- ans of two different forming pro- cesses: the one most commonly used by the industry over the last decade, known as High Pressu- re Die Casting or HPDC, in which the metals are injected into the mould in a liquid state; and one of the new emerging processes that are being deployed in the most advanced industries in the sector, the so-called Semi Solid Rheocas- ting or SSR, in which semi-solid metals are injected,” explained Solabarrieta. After that, she used a range of techniques and analyses to study and compare the microstructure of the materials obtained. “The main difference between the two types of material is the grain size, bigger in the case of the samples obtained by means of SSR,” said the new PhD holder. “This im- proves the mechanical properties of the alloys obtained through this process: toughness, elongati- on and tensile strength are increa- sed, and the absorption of impact energy remains similar.” The corrosion resistance of the materials was analysed by using industrial characterisation tests in line with the standards as well as advanced electrochemical tech- niques. “The alloy studied displays poor resistance to corrosion pro- cesses in both processes due to the high copper content. Yet, in the case of SSR, the results were slightly better,” she pointed out. Engineer Leire Solaberrieta Ostolaza, new PHD holder at the Universidad Pública de Navarra (UPNA) in Pamplona, Spain Photo: UPNA F ür Elektrofahrzeuge sind Batterien un- verzichtbar. Damit der Nutzer anhand des Ladezustands der Batterie zum Beispiel Reichweite und Nutzungsdauer einschät- zen kann, werden derzeit aufwendige Bat- teriemanagementsysteme (BMS) benötigt, die selbst einen Teil der Energie verbrau- chen. Das Fraunhofer-Institut für Silicatfor- schung (ISC) entwickelt im Projekt SoCUS kostengünstige Sensorsysteme, die direkt in die Batterie integriert werden und den Ladezustand zuverlässiger messen können als marktübliche Systeme. Stationäre Energiespeicher, Elektroautos oder andere Geräte werden permanent durch Batteriemanagementsysteme über- wacht. Diese ermitteln anhand der Kenn- größen Strom (Coulomb-Counting) und Spannung den Ladezustand für jede Zelle. Da die Berechnungen des BMS auf Stan- dardwerten beruhen, sind sie fehleranfällig. Insbesondere bei häufiger Teilladung und bestimmten Batteriezelltypen ist keine prä- zise Messung des Ladezustandes möglich. Der vom Fraunhofer ISC entwickelte, neu- artige Ansatz erlaubt es, den Ladezustand mithilfe von Ultraschallpulsen zu messen. Hierbei wird die Dichte der negativen Ano- de – die sich mit dem Ladezustand der Zelle ändert – direkt gemessen und ausgewertet. Diese Methode bietet mehrere Vorteile: Da ein direkter linearer Zusammenhang zwischen Ladezustand und Messsignal besteht, ist die Auswertung einfacher und genauer als bekannte Technologien und kann sehr gut in bestehende Systeme inte- griert werden. Eine Auswerteeinheit kann mehrere Batteriezellen gleichzeitig über- wachen und misst den Ladezustand nur beim Laden und Entladen, eine permanen- te Kontrolle entfällt. Dies spart zusätzlich Energie und damit Kosten. Da das Ultra- schallsignal direkt mit den mechanischen Eigenschaften der Zelle korreliert, werden außerdem Alterungsprozesse besser be- rücksichtigt. So können genauere Aussa- gen über die vorhandene Restkapazität und damit die Leistungsfähigkeit getrof- fen werden. Das neue Messverfahren eignet sich für na- hezu alle Batterietypen, ist bislang jedoch vor allem für Lithium-Ionen-Batterien ge- testet worden. Da nach wie vor die Reich- weite von Elektrofahrzeugen der Schlüs- selfaktor für den weiteren Ausbau der Elektromobilität ist, wäre hier eine zuver- lässige Erfassung des Batterieladezustands ein entscheidender Pluspunkt. Auch in der vergleichsweise neuen Droh- nentechnologie, die zur Inspektion von In- dustrieanlagen, Windparks oder zur Bestel- lung von Agrarflächen eingesetzt wird, ist eine verlässliche Überwachung des Ladezu- stands wichtig, um die Laufzeit der Batte- rie für Hin- und Rückflug bei großen Entfer- nungen genau einschätzen zu können. Besonders profitabel könnte das alterna- tive Verfahren des Fraunhofer ISC für sta- tionäre Speicher sein, da hier sehr viele Batteriezellen in einem System zusammen- geschlossen werden. Ein Sensor, der nur bei Bedarf arbeitet und den Ladezustand mehrerer Zellen zeitgleich erfasst, kann so- wohl Energie als auch Kosten reduzieren. In dieser Anwendung werden häufig schwer brennbare Batterietypen eingesetzt, bei denen der Ladezustand mit bisherigen Me- thoden nur unzureichend zu ermitteln ist, per Ultraschall jedoch präzise bestimmt werden kann. Das neue Verfahren biete somit eine zuver- lässige, energiesparende und kostengüns- tige Erweiterung bestehender Messmetho- den der Batteriemanagementsysteme und eröffne speziell für die weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien im Sektor der Elek- tromobilität viele Vorteile, heißt es. Wie weit reicht’s noch? Neue Sensorsysteme für Batterie-Monitoring Kleine und große Sensoren mit knapp einem beziehungsweise zwei Zentimetern Durch- messer zur Messung des Batterieladezustands Foto: K. Selsam, Fraunhofer ISC www.japanpartsgroup.com AUTOMECHANIKA FRANKFURT 11-15.09.2018, HALL 6.0 STAND D74