Ein Team des Fraunhofer IFAM unter der Leitung von Prof. Fabio La Mantia hat ein Verfahren zur dynamischen Impedanzspektroskopie entwickelt, das es erstmals ermöglicht, hochauflösende Impedanzdaten der Batterie im Echtzeitbetrieb zu erfassen und auszuwerten. Damit wird eine präzisere und kontinuierliche Charakterisierung von Batteriesystemen möglich – auch unter dynamischen Lastbedingungen.
Das Verfahren basiert auf der gezielten Überlagerung des Lade- oder Entladestroms mit einem mehrfrequenten Prüfsignal. Die frequenzabhängigen Reaktionen der Batteriezelle erlauben differenzierte Rückschlüsse auf elektrochemische Prozesse und den Zustand einzelner Zellkomponenten (z. B. Anode, Kathode, Elektrolyt). In Kombination mit einer angepassten Datensignalverarbeitung, die mithilfe neu entwickelter Algorithmen eine Vorreduktion der Datenmenge durchführt, ist eine Echtzeitauswertung trotz der hohen Datenraten möglich.
Im Vergleich zu konventionellen Impedanzmessungen – die typischerweise nur im Ruhezustand und mit erheblichem Zeitaufwand durchführbar sind – bietet die dynamische Methode eine deutlich höhere Aussagekraft hinsichtlich der State-of-Health- (SoH) und State-of-Charge- (SoC) Parameter. Sie ermöglicht zudem eine vorausschauende Lebensdauerabschätzung auf Zellebene.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich für das thermische Sicherheitsmanagement: Da die Impedanz temperaturabhängig ist, lassen sich lokale Überhitzungen innerhalb der Zelle indirekt und deutlich schneller detektieren als mit klassischen Temperatursensoren an der Zellaußenhülle. Das Batteriemanagementsystem kann so frühzeitig auf kritische Zustände reagieren und z. B. betroffene Zellen automatisch deaktivieren.
Die Technologie ist prinzipiell nicht auf Lithium-Ionen-Zellen beschränkt. Auch alternative Zellchemien – etwa Festkörper-, Natrium-Ionen- oder Lithium-Schwefel-Systeme – lassen sich damit überwachen. (oe)
