Forschungsprojekt IntelliBat Ein Gehirn für jede Akkuzelle

Austausch eines Akkus. Beim Forschungsprojekt IntelliBat bekommt jede Akkuzelle eine eigene Steuerungselektronik.
Austausch eines Akkus. Beim Forschungsprojekt IntelliBat bekommt jede Akkuzelle eine eigene Steuerungselektronik.

Wo heute noch ein Batteriemanagement-System seine Arbeitet verrichtet, könnten in Zukunft die Akkuzellen selbständig ihre Lade- und Entladevorgänge steuern. Diesen Ansatz verfolgt ein neues Forschungsprojekt. Daraus würden sich ganz neue Möglichkeiten ergeben, Akkupacks ließen sich etwa einfach per »Plug and Play« erweitern.

Der Hersteller von Energiespeichersystemem BMZ hat zusammen mit verschiedenen Partnern das Verbundprojekt IntelliBat gestartet. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) stellt dafür 2,6 Millionen Euro zur Verfügung.

In dem Projekt geht es darum, die Leistung von Akkupacks zu verbessern. Bisher überwacht ein Batteriemanagement-System die in Reihe geschalteten Akkustränge in so einem Modul. Dazu kommt in der Regel noch passives oder aktives Cell-Balancing, um die unterschiedlichen Ladezustände der einzelnen Zellen weitgehend anzupassen.

Der Ansatz von IntelliBat geht aber weit darüber hinaus. Jede einzelne Zelle bekommt dabei einen eigenen ASIC, der die verschiedenen Parameter der Zelle erfasst und die Ladevorgänge jeder Zelle steuert. Die Eigenschaften der anderen Zellen spielen dabei keine Rolle mehr. Bisher gibt die schwächste Zelle in einem Akkustrang vor, wie weit geladen wird.

Über diese ASICs, die als Slave fungieren, kommunizieren die einzelnen Akkuzellen dann untereinander bzw. mit einer zentralen Steuerungseinheit, dem Master.

Damit ist jede Zelle innerhalb des Akkupacks eigenständig, was eine ganze Reihe von Möglichkeiten bietet. So lassen sich die Akkupacks damit etwa beliebig erweitern oder verkleinern. Zusätzliche Akkuzellen können per »Plug and Play« einfach an das Modul angeschlossen werden. Bisher ist so etwas nur mit großem Aufwand möglich, da das Batteriemanagementsystem umprogrammiert werden muss. Im praktischen Einsatz ist so etwas also eher unrealistisch. Darüber hinaus lassen sich Akkupacks mit verschiedenen Zellchemien realisieren, was heute ebenfalls schwer möglich ist, da verschiedene Zellchemien verschiedene Parameter wie Ladespannung oder Lebensdauer aufweisen.

Darüber hinaus ließen sich so genannte »Second-Life«-Anwendungen realisieren. Zum Beispiel könnten Akkuzellen, die in einem Fahrzeug nicht mehr verwendet werden, da sie nur noch 80 Prozent ihrer Ausgangskapazität besitzen, in anderen Anwendungen weiterverwendet werden.

Der Projektkoordinator von IntelliBat, Benjamin Hösel vom BMZ, weist allerdings auch auf die Grenzen dieses Ansatzes hin. Ein Ziel des Projektes sei es nämlich herauszufinden, in welchen Anwendungen dieser Ansatz sinnvoll sei, da die Kosten für ein ASIC nicht die Zellkosten übersteigen sollten. Dies kann leicht passieren, wenn man von Rundzellen ausgeht, die heute in Massenfertigung in Südostasien hergestellt werden. Bei speziellen Anwendungsgebieten wie dem Medizinbereich oder dem Militätbereich sowie bei anderen Formfaktoren wie z.B. Pouch-Bag-Zellen oder prismatischen Zellen ist dieser Ansatz jedoch vorstellbar.

Das Projekt ist auf eine Dauer von drei Jahren ausgelegt. Neben dem BMZ sind die weiteren Projektpartner die Alfred Kärcher GmbH, die Neutron Mikroelektronik GmbH und das Institut für leistungselektronische Systeme (ELSYS) der Technischen Hochschule Nürnberg.