Schwerpunkte

Europäisches Projekt »Spartacus«

Mit intelligenten Sensoren Batterien schneller laden

30. November 2020, 10:57 Uhr   |  Kathrin Veigel

Mit intelligenten Sensoren Batterien schneller laden
© Fraunhofer ISC

Durch den Einsatz fortschrittlicher Sensoren und Zellmanagementsysteme will »Spartacus« die Ladezeiten um bis zu 20 Prozent reduzieren, ohne die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Batterien zu beeinträchtigen.

Schnelleres Aufladen, längere Stabilität der Leistung nicht nur bei Elektrofahrzeugen, sondern auch bei Smartphones und anderen batteriebetriebenen Produkten. Was heute noch nach Science-Fiction klingt, will das kürzlich gestartete Forschungsprojekt »Spartacus« möglich machen.

Elektromobilität soll sich baldmöglichst flächendeckend durchsetzen – diesem Wunsch steht derzeit aber noch die lange Ladezeit im Weg. Dabei sind es vor allem Batteriechemie und -konstruktion sowie das dazugehörige Batteriemanagementsystem, die ein schnelleres Laden verhindern, um die Batterien vor vorzeitiger Alterung zu schützen.

Faktoren die zur vorzeitigen Alterung, zu einem Leistungsabfall oder auch zu einem kritischen Versagen führen, sind vielfältig und können sich gegenseitig verstärken. Kommen mehrere Faktoren zusammen, beispielsweise mechanischer Stress, niedrige Temperaturen und zu hohe Lade- oder Entladeströme, kann es zu irreversiblen Schäden in der Batterie kommen. Um das zu vermeiden, werden Batterien von den integrierten Batteriemanagementsystemen in einem möglichst moderaten Modus betrieben, der nicht alle Leistungsreserven ausschöpft. 

Laden und Entladen der Batterie optimieren

Dieses Potenzial will nun das Projektkonsortium von »Spartacus« (Spatially resolved acoustic, mechanical and ultrasonic sensing for smart batteries) nutzen, um das Laden und Entladen mit einem Batteriemanagementsystem zu optimieren und zu beschleunigen. Dabei werden neuartige integrierte Sensoren zur Überwachung des tatsächlichen Batteriezustandes eingesetzt, um die Batterie zu schützen.

In dem Forschungsprojekt, das Teil der Forschungsinitiative »Batterie 2030+« ist, soll eine multifunktionelle Sensor-Array-Technologie für Batterien entwickelt werden, die den Batteriemanagementsystemen die relevanten Daten für ein zustandsabhängig optimales Laden und Entladen übermittelt. Das Projekt fokussiert sich auf mechanische und akustische Sensoren, ergänzt durch elektrochemische Impedanzmessungen und Temperatursensorik.

Mit der Spartacus-Sensorik sollen Fehler und negative Einflüsse auf die Batterielebensdauer und -Leistungsfähigkeit frühzeitig entdeckt werden. Auf Basis der Sensordaten kann dann das Batteriemanagementsystem die Lade- und Entladevorgänge entsprechend steuern, um der vorzeitigen Batteriealterung entgegen zu wirken und negative Einflüsse so gut wie möglich auszuschalten.

Intelligente Sensorik von Fraunhofer

Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC bringt seine Expertise im Bereich der Entwicklung intelligenter Sensoren und in der Analyse der Alterungsvorgänge in Batteriekomponenten ein. Wichtige Vorarbeiten des Instituts im Bereich der intelligenten Sensorik haben zu neuen Lösungsansätzen geführt, die auf der akustischen und mechanischen Überwachung mit Ultraschall- und Elastomersensoren basieren, um damit mechanischen Stress und Veränderungen in der Batteriezelle zu detektieren. Darauf soll im Projekt »Spartacus« aufgebaut werden.

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