Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
So bestimmt unsere neue Methode den Batteriezustand (SOH) im laufenden Betrieb
Der Zustand von Batterien lässt sich bislang nur eingeschränkt überwachen: Viele Messverfahren liefern ungenaue Ergebnisse oder funktionieren nur im Ruhezustand der Batterie. Das erschwert ein präzises Batteriemanagement und kann sowohl die Lebensdauer der Batterie als auch die Sicherheit beeinträchtigen.
Ein neues Messverfahren schafft hier Abhilfe. Forschende des Fraunhofer IFAM haben eine Methode entwickelt, mit der sich der Zustand von Batterien erstmals während des laufenden Betriebs in Echtzeit analysieren lässt.
Wie lassen sich Batterien im Betrieb analysieren?
Die Lösung basiert auf einer weiterentwickelten Form der Impedanzspektroskopie. Dabei wird dem Lade- oder Entladestrom ein spezielles Mehrfrequenz-Prüfsignal überlagert. Die Reaktion der Batterie auf dieses Signal liefert detaillierte Informationen über interne physikalische und chemische Prozesse.
Das Besondere: Die Daten werden im laufenden Einsatz gemessen, verarbeitet und ausgewertet. Neu entwickelte Algorithmen reduzieren die Datenmenge so effizient, dass eine Analyse in Echtzeit möglich wird. Dadurch entsteht ein kontinuierliches und präzises Bild des Batteriezustands während des Betriebs.
Welche Vorteile bietet die Echtzeitmessung für den Einsatz von Batterien?
Die kontinuierliche Analyse eröffnet entscheidende Vorteile für den Einsatz moderner Batteriesysteme:
- Frühzeitige Erkennung von Überhitzung: Veränderungen in der Impedanz geben Hinweise auf kritische Temperaturentwicklungen innerhalb der Zelle.
- Höhere Sicherheit: Batteriemanagementsysteme können schneller reagieren und bei Bedarf eingreifen.
- Längere Lebensdauer: Belastungen lassen sich besser steuern und optimieren.
- Präzisere Zustandsbewertung: Ladezustand und Alterung können deutlich genauer bestimmt werden als mit bisherigen Methoden.
- Optimiertes Ladeverhalten: Schnellladeprozesse lassen sich effizienter und schonender gestalten.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, die oft Minuten für eine Analyse benötigen oder nur im Ruhezustand funktionieren, liefert die neue Methode sofort verwertbare Ergebnisse.
Warum ist Impedanzspektroskopie für die Batterieanalyse so wichtig?
Die Impedanzspektroskopie gilt als besonders aussagekräftiges Verfahren zur Bewertung von Batterien. Sie ermöglicht Rückschlüsse auf zentrale Kenngrößen wie den Ladezustand, den Gesundheitszustand und sicherheitsrelevante Faktoren.
Bislang war ihre Anwendung jedoch aufwendig und im Betrieb kaum möglich. Die Weiterentwicklung zur dynamischen Echtzeitanalyse überwindet diese Einschränkungen und macht die Methode erstmals praxistauglich für kontinuierliche Anwendungen.
Wo kann die Impedanzspektroskopie eingesetzt werden?
Das neue Messverfahren ist vielseitig einsetzbar und nicht auf einen Batterietyp beschränkt. Mögliche Anwendungen sind unter anderem:
- Elektromobilität: präziseres Batteriemanagement in Elektrofahrzeugen
- Erneuerbare Energien: stabilere und effizientere Energiespeicher für Wind- und Solaranlagen
- Luft- und Raumfahrt: Einsatz in sicherheitskritischen Systemen
- Zukünftige Batterietechnologien: auch geeignet für Feststoff-, Natrium-Ionen- oder Lithium-Schwefel-Batterien
Durch die Echtzeitüberwachung wird der Einsatz von Batteriesystemen in anspruchsvollen und sicherheitskritischen Bereichen deutlich erleichtert.