Neues Batterie-Management soll Elektroauto-Akkus sicherer und langlebiger machen

Im Rahmen des EU-Forschungsprojekts Nemo haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Graz gemeinsam mit der Vrije Universiteit Brussel sowie mehreren Industriepartnern ein neues Batterie-Management-System (BMS) entwickelt. Ziel ist es, den Zustand von Batterien in Elektrofahrzeugen künftig deutlich präziser zu überwachen und potenzielle Defekte bereits während des Betriebs zu erkennen.

Bisher erfassen Batterie-Management-Systeme hauptsächlich Werte wie Spannung, Strom und Temperatur einzelner Batteriezellen. Aussagen über Alterung oder innere Schäden sind meist nur mithilfe aufwendiger externer Berechnungen möglich. Die neuen Modelle und Algorithmen ermöglichen dagegen eine direkte Analyse innerhalb des Fahrzeugs und liefern detaillierte Informationen über Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Alterungsprozesse der Batterie.

An der TU Graz lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung neuer Sicherheitsfunktionen. Im Battery Safety Center untersuchten die Forschenden mechanisch beschädigte Batteriezellen, um typische Alltagsschäden – etwa nach einem Parkrempler – zu simulieren. Die gewonnenen Daten dienten als Grundlage für Algorithmen, die Schäden künftig automatisch erkennen und frühzeitig auf Wartungsbedarf hinweisen können.

Zum Einsatz kommt dabei unter anderem die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS). Mithilfe zusätzlicher Sensoren misst diese Technologie den elektrischen Widerstand im Inneren der Batteriezellen und liefert so Informationen über deren Zustand, die bisher nicht verfügbar waren. Ergänzend entwickelten die Forschenden ein Modell, das Veränderungen des Zellvolumens beim Laden und Entladen vorhersagt. Dadurch lassen sich kritische Belastungen innerhalb des Batteriepakets frühzeitig erkennen und das Risiko von Kurzschlüssen oder thermischen Problemen reduzieren.

Auch die Analyse der Batteriealterung wurde weiterentwickelt. Statt lediglich den Kapazitätsverlust zu bestimmen, liefern die neuen Modelle Einblicke in die Veränderungen innerhalb der Zellen. Dadurch kann das Batterie-Management den Betrieb gezielt anpassen und so sowohl die Lebensdauer als auch die Sicherheit und Effizienz der Batterie erhöhen.

Trotz der erweiterten Funktionen soll das neue Batterie-Management-System kaum grösser oder schwerer ausfallen als heutige Lösungen. Die Forschenden haben bereits einen Demonstrator aufgebaut und wollen die Technologie nun in einem Folgeprojekt weiterentwickeln, um sie für den Serieneinsatz in zukünftigen Elektrofahrzeugen vorzubereiten. Beteiligt am Projekt waren neben der TU Graz und der Vrije Universiteit Brussel unter anderem Infineon Technologies Austria, IAV, CSEM und TTTech.