Forscher blicken tiefer in die Batterie

Ein Batterie-Management-System (BMS) steuert und analysiert den Stromspeicher eines Elektrofahrzeugs. Allerdings umfasst die Ãœberwachung derzeit lediglich Spannungen, Ströme und Temperaturen der einzelnen Batteriezellen. Deren Alterung oder eventuelle Schäden lassen sich nur extern durch intensive Berechnungen prüfen. Im EU-Projekt Nemo haben die TU Graz, die Vrije Universiteit Brussel und Partner aus der Industrie intelligente Modelle und Algorithmen entwickelt, die die Ãœberwachung von Sicherheit, Lebensdauer und Leistung von Batterien direkt im System des Fahrzeugs ermöglichen. 

Gefahren vermeiden 

„Wenn wir Fehler und Schäden einzelner Batteriezellen frühzeitig über das BMS erkennen, lassen sich viele Gefahren vermeiden“, erklärte dazu Christoph Drießen vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. Sein Team hat sich vor allem mit den Sicherheitsaspekten der Batterien befasst. Dafür untersuchten die Forschenden am institutseigenen Battery Safety Center Batteriezellen, die mechanisch deformiert wurden, um beispielsweise einen Parkschaden nachzustellen. Mit diesen Labordaten trainierten sie selbstentwickelte Modelle und Algorithmen, damit das BMS eigenständig Schäden erkennen und auf notwendige Wartungen hinweisen kann.

Um die hierfür benötigten Daten aus dem Zellinneren zu erhalten, setzen die Wissenschaftler mit der sogenannten elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) auf neue Sensorik, die im Fahrzeug den elektrischen Widerstand im Inneren der Zellen misst. 

Interner Befund über Alterung 

Zusätzlich haben die Grazer Forschenden ein Modell entwickelt, das die Volumenänderung der Zellen während des Be- und Entladens voraussagt. Da eine zu starke Ausdehnung den mechanischen Druck im Batteriepack erhöht und so Risse und Verformungen entstehen können, hilft dieses Modell dabei, das Risiko für interne Kurzschlüsse und thermische Spitzen zu minimieren. „Bisher zeigte eine Prüfung nur, wie stark die Kapazität im Vergleich zum ursprünglichen Batteriezustand abgenommen hat“, so Drießen. Mit den neuen Modellen erhalte man auch einen Einblick, was sich innerhalb der Zellen bei einem gewissen Alterungszustand ändert. 

In einem Folgeprojekt soll an der Weiterentwicklung der Technologie und ihrer Überführung in Richtung industrieller Anwendung gearbeitet werden.