Sensoren für Temperatur- und Druckdaten

Hauchdünn und flexibel

21. März 2022, 11:31 Uhr | Engelbert Hopf

Räumlich und zeitlich aufgelöst liefert die Batterieüberwachung BaMoS für Automobilanwendungen Daten einzelner Batteriezellen aus EV-Batterien, die dazu beitragen können, die Lebensdauer dieser Batterien in Zukunft um bis zu 40 Prozent zu verlängern.

Die wichtigste Veranstaltung im Jahreskalender der gedruckten Elektronik nutzt Luat Nguyen, Geschäftsführer von InnovationLab, um zusammen mit Heidelberger Druckmaschinen ein umfangreiches Portfolio gedruckter und organischer Elektronik sowie eine Reihe von Demonstratoren zu zeigen.

Genaue Temperatur- und Druckdaten von einzelnen Batteriezellen in EV-Batterien eröffnen Entwicklern neue Einblicke in das Batterieverhalten und den Zustand von Elektrofahrzeugen. Mit BaMoS hat InnovationLab dafür ein Produkt entwickelt, das auf hauchdünnen, gedruckten Druck- und Temperatursensoren basiert, die orstaufgelöste Daten einzelner Zellen in Batteriepacks erfassen. Auf diese Weise wird sich nach Einschätzung von InnovationLab die Lebensdauer von EV-Batterien in Zukunft um bis zu 40 Prozent verlängern lassen.

»Messung ist der erste Schritt, der zu einer verbesserten Steuerung und Batterieleistung führt«, stellt Luat Nguyen, Geschäftsführer von InnovationLab, fest. »Unsere flexiblen, hauchdünnen gedruckten Sensoren liefern die dazu notwendigen, detaillierten und präzisen Daten, um die Leistung und die Lebensdauer von Batterien für Elektrofahrzeuge in Zukunft zu verbessern.«

Bisher war trotz umfangreicher Forschung noch nicht viel darüber bekannt, wie ein Batteriesystem auf Stresstests in Bezug auf Temperatur und Druck reagiert und was genau während des Ladezyklus passiert. Das liegt vor allem daran, dass die Daten aus dem Inneren eines Batteriesystems bisher nicht ohne Weiteres zugänglich waren.
Im Fall des BaMoS liefern nun hauchdünne, gedruckte Sensorfolien, die zwischen den einzelnen Batteriezellen platziert werden können, detaillierte Druck- und Temperaturdaten auf Zellebene. Da sich die Batteriezellen während des Lade-/Entladezyklus ausdehnen und zusammenziehen, lässt sich mithilfe einer druckempfindlichen Folie diese »Atmung« überwachen. Auf diese Weise lässt sich der Ladezustand messen, unregelmäßiges Verhalten erkennen und eine Überladung der Batterie verhindern.

Diese Informationen auf Zellebene liefern wertvolle Erkenntnisse über den Gesamtzustand und die Leistung der Batterie. Sie helfen Forschungs- und Entwicklungsteams bei der Verbesserung ihrer Batteriedesigns (Cell-to-Pack Design) und Batterieüberwachungs-Anwendungen – Mit dem Ziel der Verlängerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen. Um ein genaues Bild des Batterieverhaltens zu liefern, sind die Daten räumlich und zeitlich aufgelöst.

InnovationLab bietet mit BaMoS eine komplette Batterieüberwachung an, einschließlich Sensorfolien, Elektronik zur Auslesung und Verarbeitung der erfassten Daten und Software zur Visualisierung, Speicherung und Analyse der ermittelten Daten. Es ist möglich, sowohl die Druck- als auch die Temperatursensoren in Bezug auf Größe, Auflösung und Trägermaterial an individuelle Kundenbedürfnisse anzupassen.

BaMoS zählt damit natürlich zu den Technologie-Anwendungen, die InnovationLab auf der Lopec 2022 vorstellt. Zusammen mit Heidelberger Druckmaschinen präsentiert InnovationLab sein umfangreiches Portfolio gedruckter und organischer Elektronik sowie eine Reihe von Demonstratoren am Stand B0.510. Heidelberger Druckmaschinen ist der weltweit führende Hersteller von Bogenoffsetdruckmaschinen, mit denen sich gedruckte und organische Sensoren in hoher Qualität und Menge kostengünstig produzieren lassen.

Am Ausstellungsstand werden neben BaMoS unter anderem folgende Anwendungen aus den Bereichen Automobil, Gesundheitswesen und Smart City gezeigt:
Ein mit Recaro Automotive entwickelter Autositz zeigt, wie Drucksensorfolien bei Fahrerassistenz- und Sicherheitssystemen helfen können.
OccluSense von Bausch, ein Produkt zur Okklusionskontrolle für Zahnärzte, das mit integrierten flexiblen, gedruckten Drucksensoren die Druckverteilung während des Bissvorgangs digital erfasst.

Ein mit accensors entwickeltes smartes Pflaster, das mithilfe von Sensoren Temperatur und ph-Wert misst, um so offene Wundentzündungen zu erkennen.
Golfbälle – der Omnifire 1000 von Heidelberger könnte die Kombination von gedruckter Elektronik und 3D Wirklichkeit werden lassen. Sie nutzt fortschrittliche Inkjet-Technologie und hochpräzise Robotik, um 3D-Objekte individuell zu dekorieren.
Zudem hat InnovationLab zwei Projekte für den OE-A-Wettbewerb eingereicht, die ebenfalls auf der Lopec vorgestellt werden:

IntelliStok, ein neuartiges Logistik- und Inventarsystem, das auf gedruckten, organischen Sensormatrizen basiert. Es wird in Kundenlagern eingesetzt, um die Bestandsauffüllung von Trelleborg-Sealing-Solutions-Produkten zu automatisieren, und verwendet gedruckte Drucksensormatrizen, welche die Produkte in jedem Behälter wiegen und die Daten drahtlos in die Cloud schicken.
Das zweite Projekt wird im Rahmen von 2HORISONS, einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojekt, durchgeführt. Auf der Grundlage einer standardisierten Verarbeitung hat InnovationLab ein Prozessdesign-Kit (PD) entwickelt, das die Entwicklung komplexer integrierter Schaltungen mit organischen Halbleitern ermöglicht.

Auch auf dem Lopec-Kongress ist InnovationLab vertreten. Dr. Florian Ullrich, Head of Business Development, hält am 22. März um 14:40 Uhr im ICM-Raum 13b einen Vortrag zum Thema »The Importance of Collaboration in Printed and Organic Electronics«. In diesem Vortrag wird er die Komplexität von gedruckten und organischen Elektronikprodukten erörtern und aufzeigen, wie Partnerschaften den Weg in die Zukunft weisen können. In diesem Zusammenhang wird er auch Beispiele für erfolgreiche Kooperationen vorstellen.