Die Grafik zeigt, wie sich die Impedanzkurven während eines Ladezyklus dynamisch verändern. Der Verlauf der Kurven gibt Aufschluss über die physikalischen und chemischen Prozesse in der Batteriezelle.(Bild: Fraunhofer IFAM)
Ein neues Messverfahren des Fraunhofer IFAM ermöglicht erstmals die präzise Überwachung von Batteriezuständen in Echtzeit. Die dynamische Impedanzspektroskopie verspricht höhere Sicherheit, längere Lebensdauer und neue Einsatzmöglichkeiten.
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Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen hat ein neuartiges Verfahren entwickelt, das Batterien sicherer macht und ihre Lebensdauer verlängern kann. Grundlage ist die dynamische Impedanzspektroskopie, eine Weiterentwicklung der klassischen Methode zur Zustandsdiagnose von Batteriezellen. Während herkömmliche Impedanzmessungen nur im Ruhezustand und mit zeitlichem Aufwand möglich waren, erlaubt das neue Verfahren präzise Echtzeit-Messungen während des laufenden Betriebs.
Das Prinzip: Dem Lade- oder Entladestrom wird ein Mehrfrequenz-Prüfsignal überlagert. Die Antwortsignale, die bis zu eine Million Mal pro Sekunde erfasst werden, liefern detaillierte Informationen über Ladezustand (SOC), Gesundheitszustand (SOH) und sicherheitskritische Vorgänge im Inneren der Zelle. Spezielle Algorithmen reduzieren die dabei entstehenden Datenmengen ohne Informationsverlust, sodass eine kontinuierliche und schnelle Auswertung möglich ist. „Die dynamische Impedanzspektroskopie eröffnet neue Möglichkeiten bei der Optimierung des Batteriemanagements und verlängert damit die Lebensdauer der Batterien“, erklärt Projektleiter Dr. Hermann Pleteit.
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Schwerpunktthema: E-Mobility
(Bild: Adobe Stock, Hüthig)
In diesem Themenschwerpunkt „E-Mobility“ dreht sich alles um die Technologien in Elektrofahrzeugen, Hybriden und Ladesäulen: Von Halbleitern über Leistungselektronik bis E-Achse, von Batterie über Sicherheit bis Materialien und Leichtbau sowie Test und Infrastruktur. Hier erfahren Sie mehr.
Ein Vorteil liegt in der frühzeitigen Erkennung thermischer Auffälligkeiten. Batteriemanagementsysteme können sofort eingreifen, wenn sich einzelne Zellen lokal stark erhitzen – herkömmliche Temperaturfühler reagieren dagegen nur verzögert. Auch beim Laden ergeben sich neue Optionen: Systeme können zwischen schnellem Laden unterwegs und schonendem Laden während längerer Standzeiten unterscheiden.
Neben der Elektromobilität eröffnet das Verfahren weitere Einsatzmöglichkeiten. Für Betreiber von Wind- und Solarparks bietet es die Möglichkeit, Energiespeicher stabiler und zuverlässiger zu steuern. Auch Anwendungen in Luftfahrt und Schifffahrt sind denkbar, da die Technik eine präzise Überwachung der Batteriezustände in Echtzeit erlaubt.
Das Verfahren ist nicht auf Lithium-Ionen-Batterien beschränkt. Es eignet sich ebenso für Feststoff-, Natrium-Ionen- oder Lithium-Schwefel-Systeme sowie für weitere zukünftige Batterietechnologien.
