Fortschrittliches Batterie-Management-System erhöht Sicherheit und Lebensdauer von E-Auto-Akkus
Im Rahmen des EU-Projekts Nemo wurde von einem Forschungsteam unter Beteiligung der TU Graz ein neuartiges Batterie-Management-System (BMS) entwickelt. Dieses System nutzt intelligente Modelle, um Schäden frühzeitig zu erkennen und somit die Lebensdauer von Batterien in Elektrofahrzeugen zu verlängern.
Verbesserte Überwachung durch intelligente Modelle
Das BMS übernimmt in Elektrofahrzeugen eine zentrale Steuerungsfunktion für den Stromspeicher. Bisher basierte die Überwachung hauptsächlich auf Messungen von Spannung, Strom und Temperatur einzelner Batteriezellen. Alterungsprozesse oder Schäden konnten nur durch aufwendige externe Berechnungen ermittelt werden. Im Projekt Nemo entwickelten die TU Graz, die Vrije Universiteit Brussel sowie Industriepartner neue Algorithmen und Modelle, die eine direkte Überwachung von Sicherheit, Leistung und Lebensdauer der Batterien im Fahrzeug ermöglichen.
Früherkennung von Schäden zur Gefahrenminimierung
Christoph Drießen vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz betont die Bedeutung des BMS für einen sicheren und nachhaltigen Betrieb von Elektrofahrzeugen. Durch die frühzeitige Identifikation von Fehlern und Schäden einzelner Batteriezellen können potenzielle Gefahren vermieden werden. Zudem erlaubt die Überwachung des Alterungsprozesses eine intelligente Steuerung, die die Lebensdauer der Zellen deutlich verlängert.
Untersuchungen und neue Sensorik am Battery Safety Center
- Am Battery Safety Center der TU Graz wurden Batteriezellen mechanisch deformiert, um beispielsweise Parkschäden zu simulieren.
- Auf Basis dieser Labordaten wurden eigene Modelle und Algorithmen entwickelt, die das BMS in die Lage versetzen, eigenständig Schäden zu erkennen und Wartungsbedarf anzuzeigen.
- Zur Erfassung relevanter Daten aus dem Zellinneren kommt die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) zum Einsatz, eine innovative Sensorik, die den elektrischen Widerstand innerhalb der Zellen misst.
Modellierung der Zellvolumenänderung zur Vermeidung von Schäden
Zusätzlich wurde ein Modell entwickelt, das die Volumenveränderung der Batteriezellen während Lade- und Entladevorgängen prognostiziert. Da eine übermäßige Ausdehnung mechanischen Druck im Batteriepack erzeugt und somit Risse oder Verformungen verursachen kann, trägt dieses Modell zur Minimierung von Risiken wie internen Kurzschlüssen oder thermischen Spitzen bei.
Lebensdauer- und Alterungsmodelle der Vrije Universiteit Brussel
Die Vrije Universiteit Brussel erarbeitete Algorithmen zur Analyse von Lebensdauer und Alterung der Batteriezellen. Die Integration dieser Modelle in das BMS bietet gegenüber bisherigen externen Prüfverfahren entscheidende Vorteile. Während herkömmliche Tests lediglich den Kapazitätsverlust im Vergleich zum Neuzustand bewerteten, liefern die neuen Modelle detaillierte Einblicke in die inneren Veränderungen der Zellen. Dies ermöglicht gezielte Anpassungen zur Optimierung von Leistung, Lebensdauer und Sicherheit.
Demonstrator und Ausblick auf industrielle Anwendung
Das weiterentwickelte BMS weist trotz erweiterter Funktionen keine signifikante Vergrößerung oder Gewichtszunahme auf. Für die EIS-Messungen ist jedoch zusätzliche Sensorik sowie eine angepasste Integration erforderlich. Ein auf Modulebene konzipierter Demonstrator wurde bereits im Projekt realisiert, um die Technologie zu veranschaulichen.
In einem Folgeprojekt ist geplant, die entwickelten Technologien weiter zu optimieren und für die industrielle Nutzung vorzubereiten.
Projektfinanzierung und Partner
Das Projekt wurde durch die Europäische Union kofinanziert, unterstützt vom Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation. Neben der TU Graz und der Vrije Universiteit Brussel waren Infineon Technologies Austria, die Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr (IAV), das Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM), TTTech sowie ICONS als Hard- und Softwarepartner beteiligt.
Wissenschaftlicher Kontakt
Christoph Drießen
Dipl.-Ing. BSc
TU Graz | Institut für Fahrzeugsicherheit
Telefon: +43 316 873 30371
E-Mail: christoph.driessen@tugraz.at
