Überwachung direkt im Fahrzeug
Bisher stützen sich Batterie-Management-Systeme vor allem auf die Messung von Spannung, Strom und Temperatur einzelner Batteriezellen. Informationen über Alterung oder mögliche Schäden lassen sich meist nur durch externe Berechnungen gewinnen.
Die im Projekt entwickelten Modelle sollen diese Analysen direkt im Fahrzeug ermöglichen. Nach Angaben der Technischen Universität Graz können dadurch Sicherheitsrisiken früher erkannt und Wartungsmaßnahmen gezielter geplant werden.
Neue Sensorik liefert Einblicke ins Zellinnere
Am Battery Safety Center der Technischen Universität Graz untersuchten die Forschenden mechanisch deformierte Batteriezellen, um beispielsweise die Folgen eines Parkschadens nachzustellen. Die gewonnenen Daten dienten dazu, Algorithmen zur automatisierten Erkennung von Zellschäden zu trainieren. Für die Erfassung zusätzlicher Informationen aus dem Inneren der Zellen setzt das Team auf die elektrochemische Impedanzspektroskopie. Dabei wird der elektrische Widerstand innerhalb der Batteriezellen gemessen.
„Um Elektrofahrzeuge sicherer und nachhaltiger zu betreiben, ist das Batterie-Management-System ein wichtiger Hebel“, sagt Christoph Drießen vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. „Wenn wir Fehler und Schäden einzelner Batteriezellen frühzeitig über das BMS erkennen, lassen sich viele Gefahren vermeiden. Und dank der Überwachung des Alterungsprozesses jeder einzelnen Zelle lässt sich auch deren Lebensdauer durch intelligente Steuerung erheblich verlängern.“
Modelle sollen Risiken im Batteriepack reduzieren
Zusätzlich entwickelte das Forschungsteam ein Modell, das die Volumenänderung von Batteriezellen während des Lade- und Entladevorgangs vorhersagt. Eine starke Ausdehnung kann der Zellen zu erhöhtem Druck im Batteriepack führen und dadurch Risse oder Verformungen verursachen. Das Modell soll helfen, Risiken für interne Kurzschlüsse und thermische Spitzen zu verringern.
Demonstrator bereits aufgebaut
Die Modelle zur Analyse von Lebensdauer und Alterung entstanden an der Vrije Universiteit Brussel. Sie liefern nicht nur Informationen über den Kapazitätsverlust, sondern auch über Veränderungen innerhalb der Zellen. Dies soll eine an den tatsächlichen Zellzustand angepasste Steuerung ermöglichen.
Trotz zusätzlicher Funktionen soll das weiterentwickelte Batterie-Management-System nicht wesentlich größer oder schwerer ausfallen als heutige Systeme. Im Projekt wurde bereits ein Demonstrator auf Modulebene aufgebaut. In einem Folgeprojekt wollen die Partner die Technologien weiterentwickeln und auf eine industrielle Anwendung vorbereiten.
Was bedeutet das?
Die Arbeiten zeigen, dass Batterie-Management-Systeme künftig über die reine Zustandsüberwachung hinausgehen könnten. Für Hersteller und Flottenbetreiber eröffnet dies die Perspektive, Batterien präziser zu überwachen und potenzielle Schäden früher zu erkennen. Ob und wann die Technologie in Serienfahrzeuge einzieht, bleibt jedoch von der weiteren Industrialisierung und Integration der zusätzlichen Sensorik abhängig. (Quelle: Technische Universität Graz)