Das Fraunhofer IFAM hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich der Alterungszustand von Elektroauto-Batterien ohne Laboraufwand während des Ladevorgangs bestimmen lässt.
Der Zustand von Batteriezellen war bisher nicht einfach zu bestimmen. Um die Alterungsmechanismen einer Batterie besser zu verstehen und perspektivisch ihre Lebensdauer verlängern zu können, ist eine Kenntnis des Alterungsprozesses in Echtzeit allerdings grundlegend.
Das Fraunhofer IFAM in Bremen hat nun das Verfahren zur Bestimmung des Wechselstromwiderstands innerhalb der Batterie mittels dynamischer Impedanzspektroskopie weiterentwickelt. Dies erlaubt präzise Messungen ohne Laboraufwand während des Betriebs sowie Aussagen zur Zell-Leistungsfähigkeit in Echtzeit.
Neues Messverfahren speichert Ladevorgänge
Die Alterung von Batteriezellen hängt von vielen Faktoren ab, wie der kalendarischen Alterung, der Lagerungstemperatur und dem Ladezustand während der Lagerung sowie die Historie aller Lade- und Entladevorgänge mit den dabei jeweils aufgetretenen Strombelastungen und Temperaturen.
Bisherige Ansätze basieren auf Simulationen mit vielen Unbekannten. Der neue Entwicklungsansatz zur Batterie-Lebensdauerbestimmung des Fraunhofer-Instituts hingegen erstellt ein Gedächtnis sämtlicher Ladevorgänge und bezieht diese Daten in die Berechnungen ein. Die dynamische Impedanz der Batteriezellen wird während des Ladens und Entladens der Zelle gemessen und gespeichert. Zur Beschreibung der Zelleigenschaften werden mathematische Modelle für nichtlineares Verhalten mit „Memory“-Effekten, sog. Volterra-Reihen, verwendet. Während der Messung der dynamischen Impedanz der Batteriezellen lassen sich in der neuen Methode die mathematischen Parameter zur Beschreibung des Verhaltens der Zellen direkt messen.
„Mithilfe dieser mathematischen Darstellung können dann auch nicht gemessene Zustände berücksichtigt werden, wodurch die Übertragbarkeit auf andere Umgebungsbedingungen und Zellchemien, also die Berücksichtigung komplett neuer Batterietypen, ermöglicht wird“, heißt es in der Pressemitteilung des Fraunhofer IFAM.
Für die Anwendung bei Elektroautos heißt dies, dass dank des neuen Messverfahrens direkt während der Nutzung der Alterungszustand der E-Auto-Batterie ermittelt werden kann – ohne zusätzlichen Laboraufwand oder Nutzungseinschränkungen. Hierfür muss das Verfahren in das Batteriemanagementsystem implementiert werden, und dann lassen sich zu jeder Zeit während der Nutzung alle notwendigen Daten zur Lebensdauerprognose der Batterie gewinnen. Darüber hinaus können aufgrund dieser Daten auch optimierte Ladestrategien entwickelt werden – für eine längere Lebensdauer der Elektroauto-Akkus.
Alterungszustand der Elektroauto-Batterie beim Gebrauchtwagenkauf
Der Batteriezustand ist auch für den Kauf gebrauchter E-Autos entscheidend: Der TÜV Rheinland beispielsweise hat darum vor einem Jahr ein Unternehmen gegründet, dass mit einem anderen Ansatz einen Battery Quick Check zur Bewertung von Lithium-Ionen-Batterien gebrauchter Elektrofahrzeuge anbietet.
