{"id":108578,"date":"2025-08-05T02:18:00","date_gmt":"2025-08-05T00:18:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=108578"},"modified":"2025-08-03T12:48:58","modified_gmt":"2025-08-03T10:48:58","slug":"echtzeit-messverfahren-verlaengert-lebensdauer-und-erhoeht-sicherheit-von-batterien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/echtzeit-messverfahren-verlaengert-lebensdauer-und-erhoeht-sicherheit-von-batterien\/","title":{"rendered":"Echtzeit-Messverfahren verl\u00e4ngert Lebensdauer und erh\u00f6ht Sicherheit von Batterien"},"content":{"rendered":"\n
Ein neuartiges Messverfahren erm\u00f6glicht ein optimiertes Batteriemanagement in E-Autos und hilft so, sie sicherer zu machen und ihre Lebensdauer zu verl\u00e4ngern. <\/p>\n\n\n\n
Die Impedanzspektroskopie aus dem Fraunhofer-Institut f\u00fcr Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM wertet detaillierte Messdaten zum Batteriezustand w\u00e4hrend des Betriebs in Echtzeit aus. Damit k\u00f6nnten Batterien auch f\u00fcr sicherheitskritische Anwendungen genutzt werden.<\/p>\n\n\n\n
Leistungsf\u00e4hige und sichere Batterien sind ein zentraler Baustein f\u00fcr den Erfolg der Elektromobilit\u00e4t. Entsprechend entscheidend ist die Messung von Kapazit\u00e4t und Zustand einer Batterie. Am aussagekr\u00e4ftigsten ist hier die Impedanzspektroskopie. Die Impedanz selbst l\u00e4sst sich nicht direkt messen, sie wird aus dem Verh\u00e4ltnis von Strom und Spannung errechnet. Sie gibt Auskunft \u00fcber den Ladestand (SOC, State of Charge) und erlaubt R\u00fcckschl\u00fcsse auf den Zustand des Innenlebens mit Kathoden, Anoden oder Elektrolyten (SoH, State of Health) oder den Sicherheitszustand.<\/p>\n\n\n\n
Um alle erforderlichen Daten zu gewinnen, sind aufwendige Messungen und Analyseverfahren erforderlich. Zudem ist die Impedanzmessung bisher nur im Ruhezustand realisierbar. Es kann typischerweise bis zu zwanzig Minuten dauern, ehe die Daten zur Charakterisierung der Batterie vorliegen.<\/p>\n\n\n\n
Forschende des Fraunhofer IFAM haben das Verfahren unter Leitung von Prof. Fabio La Mantia weiterentwickelt. Die dynamische Impedanzspektroskopie macht es erstmals m\u00f6glich, Messwerte zum Status der Batterie w\u00e4hrend des laufenden Betriebs zu ermitteln und in Echtzeit verf\u00fcgbar zu machen. Die so gewonnenen Informationen umfassen weit mehr als nur Angaben zur Ladekapazit\u00e4t oder der noch verbleibenden Betriebsdauer, sie zeichnen ein pr\u00e4zises, tiefgehendes und differenziertes Bild des Innenlebens der Batterie. Daraus l\u00e4sst sich auch die m\u00f6gliche Lebensdauer der Batteriezelle individuell vorhersagen.<\/p>\n\n\n\n
Bestehende Anzeigen der Batterieladestands, die beispielsweise bei E-Autos in der Fahrzeugelektronik integriert sind, messen zwar auch fortlaufend w\u00e4hrend der Nutzung, bieten aber weniger Informationen, reagieren deutlich langsamer und sind nicht so genau.<\/p>\n\n\n\n
\u00bbDie dynamische Impedanzspektroskopie er\u00f6ffnet zun\u00e4chst neue M\u00f6glichkeiten bei der Optimierung des Batteriemanagements und verl\u00e4ngert damit die Lebensdauer der Batterien. Zudem macht sie den Weg frei f\u00fcr den Einsatz der Batterien in sicherheitskritischen Anwendungen\u00ab, erkl\u00e4rt Projektleiter Dr. Hermann Pleteit.<\/p>\n\n\n\n
Hochaufl\u00f6sendes Messverfahren und direkte Analyse<\/h4>\n\n\n\n
Bei dem innovativen Verfahren wird dem Entlade- oder dem Ladestrom ein Mehrfrequenz-Pr\u00fcfsignal \u00fcberlagert. Die unterschiedlichen Frequenzen erlauben R\u00fcckschl\u00fcsse auf den Status bestimmter Komponenten oder Prozesse in der Batterie. Das Antwortsignal von Strom und Spannung wird bis zu einer Million Mal pro Sekunde gemessen. Alle Daten aus dem hochaufl\u00f6senden Messverfahren flie\u00dfen in eine simultan ablaufende Datenverarbeitung. Daraus berechnet eine Software den Verlauf der Impedanzwerte und schlie\u00dft auf den Zustand der jeweiligen Batteriezelle.<\/p>\n\n\n\n
Um trotz der enormen Datenmenge, die bei den hochaufl\u00f6senden Messungen anfallen, die Ergebnisse in Echtzeit zu erhalten, haben die Fraunhofer-Forschenden einen weiteren Kniff angewandt. \u00bbWir haben Algorithmen entwickelt, die die Datenmengen vor der Analyse deutlich reduzieren, ohne dabei die Informationen zu verf\u00e4lschen\u00ab, sagt Pleteit. So bietet die Echtzeitkontrolle aller Aspekte des Batteriezustands durch die Impedanzspektroskopie wesentliche Vorteile.<\/p>\n\n\n\n
Erhitzte Zellen schnell abschalten<\/h4>\n\n\n\n
Aus der Impedanz lassen sich auch R\u00fcckschl\u00fcsse auf die Temperatur innerhalb der Zelle gewinnen. Deshalb k\u00f6nnen Batteriemanagementsysteme mithilfe der Impedanzdaten beispielsweise w\u00e4hrend der Fahrt im E-Auto sofort registrieren, wenn eine Zelle sich lokal stark erhitzt. Dann schalten sie die Zelle ab oder drosseln die Leistung. Herk\u00f6mmliche Temperaturf\u00fchler sind damit \u00fcberfl\u00fcssig; sie sitzen ohnehin auf der Au\u00dfenh\u00fclle der Batterie und registrieren thermische Probleme nur mit Verz\u00f6gerung, oftmals ist es dann zu sp\u00e4t und die Zelle bereits gesch\u00e4digt.<\/p>\n\n\n\n
Auch bei Ladestationen f\u00fcr E-Autos ergeben sich Vorteile. So k\u00f6nnte man zwischen besonders schnellem Laden und langsamerem, aber schonendem Laden entscheiden. W\u00e4hrend des Zwischenstopps an der Rastst\u00e4tte l\u00e4dt das Batteriemanagement z\u00fcgig auf, sorgt aber auch daf\u00fcr, dass keine gef\u00e4hrlichen Temperaturspitzen entstehen und die internen Komponenten nicht \u00fcber Geb\u00fchr belastet werden. Steht das Auto f\u00fcr mehrere Stunden an der Lades\u00e4ule, dann l\u00e4dt das Managementsystem die Batterie langsam und schonend auf, um deren Lebensdauer zu verl\u00e4ngern.<\/p>\n\n\n\n
Anwendung f\u00fcr erneuerbare Energien und Luftfahrt<\/h4>\n\n\n\n
Anbieter von erneuerbaren Energien wie Windkraft oder Photovoltaik, die Schwankungen in der Stromproduktion durch Energiespeicher ausgleichen m\u00fcssen, erhalten mit der Fraunhofer-Technik stabile und jederzeit kontrollierbare Batteriesysteme.<\/p>\n\n\n\n
Die Echtzeit-Kontrolle des Zustands macht zuk\u00fcnftig sogar den Einsatz in sicher-heitskritischen Szenarien denkbar. \u00bbSolche Systeme k\u00f6nnten etwa in umweltfreundlichen Elektroflugzeugen eingesetzt werden. Dieser Markt beginnt sich gerade zu entwickeln. Auch in der Schifffahrt zeigen die Hersteller Interesse\u00ab, sagt Pleteit.<\/p>\n\n\n\n
Die Impedanzspektroskopie ist dabei nicht nur f\u00fcr die derzeit \u00fcblichen Lithium-Ionen-Akkus geeignet, das Verfahren eignet sich auch f\u00fcr Batterietypen auf Feststoff-, Natrium-Ionen- oder Lithium-Schwefel-Basis oder weitere zuk\u00fcnftige Technologien.<\/p>\n\n\n