Präzise Sensoren für Ladezustand von Batterien

Ultraschallpulse im Einsatz: Nützlich für E-Autos, Drohnen und Speicher. [...]

Messsensoren für den Batterieladezustand. © K. Selsam, isc.fraunhofer.de
Messsensoren für den Batterieladezustand. © K. Selsam, isc.fraunhofer.de

Kostengünstige Sensorsysteme, die direkt in die Batterie integriert werden und den Ladezustand zuverlässiger messen können als marktübliche Systeme: Das haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung (ISC) im Projekt „SoCUS“ realisiert. Der neue Ansatz erlaubt es, den Ladezustand mithilfe von Ultraschallpulsen zu messen. Hierbei wird die Dichte der negativen Anode – die sich mit dem Ladezustand der Zelle ändert – direkt gemessen und ausgewertet.

Auswertung einfach und genau
Diese neue Methode bietet mehrere Vorteile: Da ein direkter linearer Zusammenhang zwischen Ladezustand und Messsignal besteht, ist die Auswertung einfacher und genauer als bekannte Technologien und kann gut in bestehende Systeme integriert werden. Eine Auswerteeinheit kann mehrere Batteriezellen gleichzeitig überwachen und misst den Ladezustand nur beim Laden und Entladen, eine permanente Kontrolle entfällt. Dies spart zusätzlich Energie und damit Kosten.

Da das Ultraschallsignal direkt mit den mechanischen Eigenschaften der Zelle korreliert, werden außerdem Alterungsprozesse besser berücksichtigt. So können genauere Aussagen über die vorhandene Restkapazität und damit die Leistungsfähigkeit getroffen werden. Das neue Messverfahren eignet sich laut den Experten für nahezu alle Batterietypen, ist bislang jedoch vor allem für Lithium-Ionen-Batterien getestet worden. Da nach wie vor die Reichweite von Elektrofahrzeugen der Schlüsselfaktor für den weiteren Ausbau der Elektromobilität ist, wäre hier eine zuverlässige Erfassung des Batterieladezustands ein wichtiger Pluspunkt.

Erhebliche Kostenreduktion als Ziel
Besonders profitabel könnte das Verfahren des Fraunhofer ISC für stationäre Speicher sein, da hier sehr viele Batteriezellen in einem System zusammengeschlossen werden. Ein Sensor, der nur bei Bedarf arbeitet und den Ladezustand mehrerer Zellen zeitgleich erfasst, kann sowohl Energie als auch Kosten reduzieren. In dieser Anwendung werden häufig schwer brennbare Batterietypen eingesetzt, bei denen der Ladezustand mit bisherigen Methoden nur unzureichend zu ermitteln ist, per Ultraschall jedoch präzise bestimmt werden kann.

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