Gedruckte Sensoren Mehr Reichweite: Temperatur und Druckdaten eines Fahrzeugakkus

Mit den genauen Temperatur- und Druckdaten erhalten Entwickler von Akkutechnik ortsaufgelöste Daten von einzelnen Akkuzellen erfassen und damit neue Designs entwickeln. Das hat auch Auswirkungen auf die Reichweite der Fahrzeuge.

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Gedruckte Sensorfolie: Mit ihr lassen sich Temperatur und Druck zwischen den einzelnen Zellen messen.
Gedruckte Sensorfolie: Mit ihr lassen sich Temperatur und Druck zwischen den einzelnen Zellen messen.
(Bild: InnovatonLab)

Die Anzahl an zugelassenen Elektroautos betrug am 1. Oktober 2021 rund 517.000. In die Zahl fließen Pkw mit ausschließlich elektrischer Energiequelle (BEV). Je nach Definition werden auch Plug-In-Hybrid-Pkw als Elektroautos gezählt, ihr Bestand belief sich am 1. Oktober 2021 auf etwa 494.000. Insgesamt nähert sich die Zahl der elektrisch angetriebenen Pkw damit der Marke von einer Million [1]. Ein wesentlicher Bestandteil eines Elektroautos ist der Akku.

Die in Elektrofahrzeugen verbauten Lithium-Ionen- Akkus müssen ausgiebigen Stresstests unterzogen werden. Dazu gehören die Parameter Ladezustand (SoC), Entladungstiefe (DoD), DCIR (Direct Current Internal Resistance) und Gesundheitszustand (SoH) [2]. Getestet werden auch Komponenten und Systeme die an den Akku angeschlossen sind.

Allerdings ist 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 daran, dass die Daten aus dem Inneren eines Batteriesystems nicht ohne Weiteres zugänglich sind.

Sensorfolie überwacht den Lade- und Entladezyklus

Um genaue Einblicke in die Temperatur- und Druckdaten eine Akkus zu bekommen, haben Experten von InnovationLab das sogenannte Battery Monitoring Solution for R&D (BaMoS) entwickelt. Hierbei handelt es sich um gedruckte, hauchdünne Druck- und Temperatursensoren, mit denen sich ortsaufgelöst Daten von einzelnen Zellen eines Akkus erfassen lassen. Damit soll sich die Lebensdauer der Energieträger um bis zu 40 Prozent verlängern. Die Sensorfolien werden zwischen den einzelnen Akkuzellen platziert.

Da sich die Akkuzellen während des Lade-/Entladezyklus ausdehnen und zusammenziehen, kann eine druckempfindliche Folie diese Veränderung überwachen, um den Ladezustand zu messen, unregelmäßiges Verhalten zu erkennen und eine Überladung zu verhindern.

Der Gesundheitszustand des Akkus

Die Informationen auf Zellebene liefern wertvolle Erkenntnisse über den Gesundheitszustand und die Leistung der verbauten Akkus. Sie helfen außerdem den Forschungs- und Entwicklungsteams, das Batteriedesign (Cell-to-Pack-Design) und die notwendige Technik für die Batterieüberwachung zu verbessern. Ein wichtiger Punkt dabei ist, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen. Die Daten sind räumlich und zeitlich aufgelöst, um ein genaues Bild des Akkuverhaltens zu liefern.

Referenzen

[1] KBA. (23. November, 2021). Anzahl der Elektroautos in Deutschland von 2011 bis 2021 [Graph]. In Statista. Abgerufen am 1. Februar 2022.

[2] Energiespeicher in Fertigung und Produktion. Lithium-Ionen-Akkus elektrisch messen. ELEKTRONIKPRAXIS. Abgerufen am 1. Februar 2022.

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