Batterien: Schneller Laden durch intelligente Sensoren

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Würzburg – Hohe Reichweiten, lange Nutzungszeiten und kurze Ladezeiten, das wünschen sich die Verbraucher bei der Nutzung von Elektroautos oder Handys. Was heute noch nach Science-Fiction klingt, könnte in Zukunft machbar sein.

Im EU-Verbundprojekt „Spartacus“ soll der Einsatz fortschrittlicher Sensoren und Zellmanagementsysteme die Ladezeiten von Batterien um bis zu 20 Prozent reduzieren, ohne die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Batterien zu beeinträchtigen. Die Europäische Union finanziert das Projekt als Teil der Forschungsinitiative "Batterie 2030+".

Sorge vor früher Alterung – Laden mit angezogener Handbremse
Zahlreiche Faktoren können dafür verantwortlich sein, dass Batterien vorzeitig altern, es zu einem Leistungsabfall oder auch zu einem kritischen Versagen kommt. 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. Dieser Modus schöpft aber nicht alle Leistungsreserven aus.

Dieses bisher ungenutzte Potenzial will das Projektkonsortium von „Spartacus“ heben, 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.

Batteriemanagement: Neue Sensoren steuern Lade- und Entladevorgänge
Spartacus – die Abkürzung steht für „Spatially resolved acoustic, mechanical and ultrasonic sensing for smart batteries“. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer multifunktionellen Sensor-Array-Technologie für Batterien, 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“, so Gerhard Domann vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung.

Über die EU-Forschungsinitiative Battery 2030+
Battery 2030+ ist eine großangelegte Forschungsinitiative mit dem Ziel, umweltfreundlichere und sicherere Batterien mit besserer Leistung, größeren Speicherkapazitätsoptionen und längerer Lebensdauer in Europa zu entwickeln. Unter dem Dach von Battery 2030+ gehen derzeit Forschungsprojekte aus drei verschiedenen Bereichen an den Start: die Entwicklung einer europäischen Infrastruktur-Plattform zur Kombination von Simulationsrechnungen und experimentellen Studien, um die komplexen Reaktionen abzubilden, die in einer Batterie stattfinden, die Entwicklung und Integration von Sensoren, die den Zustand der Batterie in Echtzeit überwachen und melden und die Entwicklung von selbstregenerierenden Komponenten, die die Lebensdauer der Batterie verlängern und die Sicherheit verbessern.

Koordiniert wird Battery 2030+ von Prof. Kristina Edström, Universität Uppsala, Schweden.