Stromspeicher: Intelligente Sensoren für Schnellladebatterien

Schnelleres Aufladen, längere Stabilität der Leistung nicht nur bei Elektrofahrzeugen, sondern auch bei Smartphones und anderen batteriebetriebenen Produkten. Was heute noch nach Science-Fiction klingt, könnte in Zukunft machbar sein, nicht zuletzt dank der Innovationen, die das kürzlich gestartete Forschungsprojekt Spartacus erreichen will. Durch den Einsatz der Sensoren für Schnellladebatterien und neuer Zellmanagementsysteme wollen die Forschenden die Ladezeiten um bis zu 20 % reduzieren, ohne die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Batterien zu beeinträchtigen. Die Europäische Union finanziert Spartacus als Teil der Forschungsinitiative Batterie 2030+.

Elektromobilität soll so nutzerfreundlich wie möglich werden – „Elektrofahrzeuge sind schon heute schnell und leise, aber ein großes Manko ist bisher die lange Ladezeit im Vergleich zu Fahrzeugen, die mit fossilen flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffen betankt werden“, beschreibt Projektkoordinator Gerhard Domann vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Würzburg, die Ausgangssituation. Heute sind es vor allem Batteriechemie und -konstruktion sowie das dazugehörige Batteriemanagementsystem, die ein schnelleres Laden verhindern, um die Batterien vor vorzeitiger Alterung zu schützen.

Stressfaktoren verstärken sich gegenseitig

Faktoren, die zur vorzeitigen Alterung, zu einem Leistungsabfall oder auch zu einem kritischen Versagen führen, sind vielfältig und können sich gegenseitig verstärken. Kommen mehrere Faktoren zusammen, beispielsweise mechanischer Stress, niedrige Temperaturen und zu hohe Lade- oder Entladeströme, kann es zu irreversiblen Schäden in der Batterie kommen. Um das zu vermeiden, werden Batterien von den integrierten Batteriemanagementsystemen in einem möglichst moderaten Modus betrieben, der nicht alle Leistungsreserven ausschöpft. Dieses Potenzial will das Projektkonsortium von Spartacus nutzen, um das Laden und Entladen mit einem Batteriemanagementsystem zu optimieren und zu beschleunigen. Dabei kommen neuartige integrierte Sensoren für Schnellladebatterien zum Einsatz. Diese dienen zur Überwachung des tatsächlichen Batteriezustandes, um die Batterie zu schützen.

Im Projekt Spartacus (Spatially resolved acoustic, mechanical and ultrasonic sensing for smart batteries) wollen die Forschenden eine multifunktionelle Sensor-Array-Technologie für Batterien entwickeln. Diese soll den Batteriemanagementsystemen die relevanten Daten für ein zustandsabhängig optimales Laden und Entladen übermitteln. Das Projekt fokussiert sich bei den Sensoren für Schnellladebatterien auf mechanische und akustische Sensoren, ergänzt durch elektrochemische Impedanzmessungen und Temperatursensorik. „Mit der Spartacus-Sensorik sollen Fehler und negative Einflüsse auf die Batterielebensdauer und –Leistungsfähigkeit frühzeitig entdeckt werden. Auf Basis der Sensordaten kann dann das Batteriemanagementsystem die Lade- und Entladevorgänge entsprechend steuern, um der vorzeitigen Batteriealterung entgegen zu wirken und negative Einflüsse so gut wie möglich auszuschalten“, so Domann.

Weitere Informationen zur EU-Forschungsinitiative Batterie 2030+ sind unter dem nebenstehenden Link zu finden.

30.11.2020 | Quelle: Fraunhofer ISC | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH