Revolution in der Batterietechnik: Intelligente Algorithmen machen Akkus sicherer und haltbarer

Revolution in der Batterietechnik: Intelligente Algorithmen machen Akkus sicherer und haltbarer

Forscher der Technischen Universität Chemnitz und des Halbleiterherstellers NXP Semiconductors haben bedeutende Fortschritte in der Batteriemanagement-Technologie erzielt. Ihre Entwicklungen im Bereich der dynamischen Impedanzspektroskopie ebnen den Weg für sicherere und langlebigere Batterien in Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen.

Die Impedanzspektroskopie, die bisher vor allem bei Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kam, lässt sich dank innovativer Algorithmen nun auch auf Festkörper-, Natrium-Ionen- und Lithium-Schwefel-Batterien anwenden. Diese Algorithmen reduzieren die Datenmengen, ohne dabei Informationen zu verlieren, und ermöglichen so eine Echtzeitüberwachung des Batteriezustands.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts ImpTest hat die TU Chemnitz ein ASIC-basiertes System für hochauflösende Impedanzmessungen entwickelt. NXP Semiconductors wiederum hat einen Batteriemanagement-Chipsatz geschaffen, der die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) direkt auf Hardware-Ebene integriert. Mit dieser Technologie lassen sich Antwortsignale bis zu einer Million Mal pro Sekunde messen – bei gleichzeitiger Datenverarbeitung zur Berechnung der Impedanzwerte.

Die dynamische Impedanzspektroskopie kann lokal begrenzte Überhitzungen in Batteriezellen während des Betriebs erkennen und ermöglicht es dem Batteriemanagementsystem, gezielt einzugreifen. Durch das Überlagern eines mehrfrequenten Testsignals mit dem Entlade- oder Ladestrom liefert sie präzise Einblicke in den Zustand verschiedener Batteriekomponenten und -prozesse. Diese Echtzeitdaten ermöglichen eine optimierte Steuerung, die sowohl die Sicherheit als auch die Lebensdauer der Batterien erhöht.

Die Fortschritte in der Impedanzspektroskopie bieten eine präzise und detaillierte Sicht auf das Innenleben von Batterien und erlauben eine zuverlässige Vorhersage der Zellenlebensdauer. Da sie es ermöglichen, bei Abweichungen in Echtzeit zu reagieren, eignen sich die Batterien nun auch für sicherheitskritische Anwendungen. Dies ebnet den Weg für sicherere und langlebigere Elektrofahrzeuge sowie Energiespeichersysteme der nächsten Generation.