Im EU-Projekt „Nemo“ hat ein Forschungsteam, an dem die TU Graz beteiligt war, neue Modelle entwickelt, die Batteriemanagementsysteme deutlich intelligenter machen. Die Modelle erkennen Schäden frühzeitig und erhöhen die Lebensdauer von Batterien in Elektroautos.
Das Team des Instituts für Fahrzeugsicherheit der TU Graz befasste sich vorrangig mit den Sicherheitsaspekten der Batterien. Dazu untersuchten die Forschenden im institutseigenen Battery Safety Center Batteriezellen, die mechanisch deformiert wurden, um beispielsweise einen Parkschaden nachzustellen. Mithilfe dieser Labordaten trainierten sie selbst entwickelte Modelle und Algorithmen, damit das BMS Schäden eigenständig erkennen und auf notwendige Wartungen hinweisen kann. Die hierfür benötigten Daten aus dem Zellinneren erfasste das Team mittels der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS).
Zusätzlich entwickelten die Grazer Forschenden ein Modell, das die Volumenänderung der Zellen während des Be- und Entladens voraussagt. Da eine zu starke Ausdehnung den mechanischen Druck im Batteriepack erhöht, wodurch Risse und Verformungen entstehen können, hilft dieses Modell, das Risiko für interne Kurzschlüsse und thermische Spitzen zu minimieren.
Die Algorithmen und Modelle zur Lebensdauer und Alterung wurden an der Vrije Universiteit Brussel entwickelt. Ihre Implementierung in das BMS bietet klare Vorteile gegenüber bisherigen Modellen oder externen Überprüfungen. „Bisher zeigte eine Prüfung nur, wie stark die Kapazität im Vergleich zum ursprünglichen Batteriezustand abgenommen hat”, sagt Christoph Drießen vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. „Mit den neuen Modellen erhält man auch einen Einblick, was sich innerhalb der Zellen bei einem gewissen Alterungszustand ändert. Das ermöglicht Anpassungen, die für Leistung, Lebensdauer und Sicherheit förderlich sind.“
Trotz der zahlreichen neuen Funktionen ist das weiterentwickelte BMS kaum größer oder schwerer als bisherige Lösungen. Für die zusätzlichen EIS-Messungen sind jedoch weitere Sensoren sowie eine entsprechend angepasste Integration in das BMS erforderlich.
Um die entwickelten Technologien weiter zu demonstrieren, soll in einem Folgeprojekt an ihrer Weiterentwicklung und Überführung in Richtung industrieller Anwendung gearbeitet werden. Bereits im aktuellen Projekt wurde dafür ein Demonstrator auf Modulebene aufgebaut. (jr)
