Gesund­heits­check für Akkus

Der Blick auf die Anzeige verheißt nichts Gutes: die elektrische Energie reicht nur noch für 13 Kilometer Fahrspaß. Merkwürdig, denn an der letzten Ampel waren es doch noch 25 Kilometer. Reichwei­ten­panik macht sich plötzlich im Elektrof­litzer breit. Um solche oder ähnliche Szenarien in Zukunft zu vermeiden, will ein Forscher­team vom Friedberger Campus der Technischen Hochschule Mittelhessen mit einem neuen „intelligenten skalierbaren Batterie­ma­nage­ment-System“ nicht nur für mehr Verlässlich­keit bei der Reichwei­ten­an­zeige sorgen, sondern zugleich auch die Lebensdauer der Energiespei­cher erhöhen. Die Wissenschaftler konzentrieren sie sich bei ihrer Arbeit auf leistungs­starke Lithium-Ionen-Batterien, die heute in Elektrofahr­zeugen Standard sind. Im Interview erklärt der Projektleiter Professor Alexander Kuznietsov Methodik und Unterschiede dieser Neuentwick­lung.

Herr Kuznietsov, wie unterscheidet sich Ihr System von denen, die aktuell eingesetzt werden?

Die gegenwärtig auf dem Markt befindli­chen Systeme analysieren nur den Ladezustand der Batterie. Das von uns vorgeschla­gene System soll aber im laufenden Betrieb eine komplette Diagnostik ermöglichen.

Welche Parameter müssen dafür erfasst werden?

Dazu gehören Lade- und Entladepro­file, die inneren elektrischen Parameter einzelner Zellen und die Temperatur­ver­tei­lung innerhalb eines Moduls. Die gewonnenen Informationen können dann für die Anpassung des Batterie­be­triebs verwendet werden und auch die Lebensdauer der Batterie verlängern. Mit diesen Daten wollen wir quasi den aktuellen Gesundheits­zu­stand des Speichers spezifizieren.

Ist dieser denn immer zu erkennen?

Die verschie­denen chemischen Prozesse in den Zellen sind nicht ohne weiteres vorhersagbar. Entladungs­pro­zesse spielen eine Rolle, aber auch Strompro­file, gleichmä­ßige Stroment­nahme oder Spitzenent­la­dungen. Wir untersuchen allerdings nicht die Ursachen dieser Prozesse, sondern entwickeln Überwachungs­al­go­rithmen, die uns diese bisher unbekannten Informationen auf der elektrischen Ebene mess- und rechentech­nisch darstellen. Ändert sich die Chemie einer Zelle hat es eventuell Auswirkungen auf ihren Innenwider­stand, den können wir messen. Dann können wir auch eine Aussage über den gesamten Akkuzustand treffen.

Muss jede Zelle untersucht werden?

Das ist eine Kompromiss­frage. Die einzelnen Zellen werden unterschied­lich beansprucht, und je umfangrei­cher die Messmethode wird, desto besser können wir die Ergebnisse separieren und Defekte detektieren. Im Versuchs­sta­dium machen wir das, aber ob das später im Fahrzeug auch nötig sein wird, stellt sich noch heraus. Wir stehen ja erst ganz am Anfang unser Forschungs­ar­beiten.

Dann erübrigt sich die Frage zur Serienreife?

Derzeit noch, ja. Dafür entwickeln wir mit unseren Partnern der Automobil­branche mathemati­sche Verfahren einschlie­ß­lich der Hard- und Software, die einen permanenten Check im laufenden Betrieb eines Fahrzeuges ermöglichen sollen. Die echtzeit­fä­hige Implemen­tie­rung der programmierten Algorithmen in einem fahrzeug­ty­pi­schen Steuergerät ist dabei die größte Herausfor­de­rung. Das Endprodukt soll dann ein Diagnose- und Steuerungs­gerät für den LI-Akku sein – universell einsetzbar.

Im Armaturen­brett wird dann die aktuelle Fieberkurve des Akkus angezeigt?

Genau, eben nicht nur wie viel Amperestunden – sprich Reichweite – eventuell übrig geblieben sind, sondern auch eine verbindliche Aussage darüber, ob der Akku als alt oder neu zu klassifi­zieren ist. An der Ladestation vermittelt der Speicher dem Ladegerät seinen „Alterszu­stand“ und erhält im besten Fall einen individu­ellen Ladestrom, je nach Gesundheits­zu­stand. Die Ladezeiten werden sich sukzessive erhöhen, aber ein alter Akku wird es mit einer längeren Lebenszeit danken.

Schnellla­de­sta­tionen eignen sich also nicht für alle Gesundheits­typen?

Ja. Schnellla­de­sta­tionen sind nur gut für neue oder intakte Batterien. Gesunde Batterien verkraften diesen hohen Ladestrom. Kranke bzw. schwächere Batterie können durch die extreme Beanspru­chung noch weiter geschädigt werden. Deshalb muss später auch das Ladegerät in der Lage sein, unsere Ladestra­tegie umzusetzen, damit die Akkus länger leben.