Die Überwachung des Stromspeichers eines Elektrofahrzeugs durch ein Batterie-Management-System (BMS) ermittelt Spannungen, Ströme und Temperaturen der einzelnen Batteriezellen. Deren Alterung oder eventuelle Schäden lassen sich nur extern durch Berechnungen überprüfen. Im EU-Projekt Nemo haben die TU Graz, die Vrije Universiteit Brussel und Partner aus der Industrie intelligente Modelle und Algorithmen entwickelt, die die Überwachung von Sicherheit, Lebensdauer und Leistung von Batterien direkt im System des Fahrzeugs ermöglichen.


Was wurde im Projekt umgesetzt?

• Das Team am Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz hat sich vor allem mit den Sicherheitsaspekten der Batterien befasst.
• Sie untersuchten am institutseigenen Battery Safety Center Batteriezellen, die mechanisch deformiert wurden, um beispielsweise einen Parkschaden nachzustellen.
• Mit diesen Labordaten trainierten sie selbst entwickelte Modelle und Algorithmen, damit das BMS eigenständig Schäden erkennen und auf notwendige Wartungen hinweisen kann.
• Um die hierfür benötigten Daten aus dem Zellinneren zu erhalten, setzt das Team mit der sogenannten elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) auf Sensorik, die im Fahrzeug den elektrischen Widerstand im Inneren der Zellen misst.

Interner Befund über Alterung

Zusätzlich entwickelten die Grazer Forschenden ein Modell, das die Volumenänderung der Zellen während des Be- und Entladens voraussagt. Da eine zu starke Ausdehnung den mechanischen Druck im Batteriepack erhöht und so Risse und Verformungen entstehen können, hilft dieses Modell dabei, das Risiko für interne Kurzschlüsse und thermische Spitzen zu minimieren.

Die Algorithmen und Modelle zu Lebensdauer und Alterung entstanden an der Vrije Universiteit Brussel. Deren Implementierung in das BMS bietet Vorteile gegenüber bisherigen Modellen oder externen Überprüfungen. Bisher zeigte eine Prüfung nur, wie stark die Kapazität im Vergleich zum ursprünglichen Batteriezustand abgenommen hat. Mit den neuen Modellen erhält man auch einen Einblick, was sich innerhalb der Zellen bei einem gewissen Alterungszustand ändert.

Demonstrator für die Serienfertigung

Um die entwickelten Technologien zu demonstrieren, soll in einem Folgeprojekt an der Weiterentwicklung und Überführung in Richtung industrieller Anwendung gearbeitet werden. Bereits im aktuellen Projekt wurde dafür ein Demonstrator auf Modulebene aufgebaut.


Das Projekt …

wurde von der Europäischen Union kofinanziert. Zusätzliche Finanzierung erfolgte durch das schweizerische Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation. Neben der TU Graz und der Vrije Universiteit Brussel waren noch Infineon Technologies Austria, die Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr (IAV) und das Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique (CSEM) als Hard- und Softwareprovider sowie TTTech für die Cloud-Implementierung und ICONS als Partner*innen mit an Bord.