Neues Messsystem erfasst Batterie-Ladezustand exakter und günstiger

Stationäre Photovoltaik-Speicher, Elektroautos oder andere Geräte werden permanent durch Batteriemanagementsysteme (BMS) überwacht. Diese ermitteln anhand der Kenngrößen Strom (Coulomb-Counting) und Spannung den Ladezustand für jede Batteriezelle. Diese Systeme seien fehleranfällig, da die Berechnungen des BMS auf Standardwerten beruhten, schreiben Wissenschaftler des Fraunhofer Institut für Silicatforschung ISC. Bei häufiger Teilladung und bestimmten Batteriezelltypen sei keine präzise Messung des Ladezustandes möglich.

Die Forscher haben deswegen einen neuartigen Ansatz entwickelt, der den Ladezustand mit Hilfe von Ultraschallpulsen in der Batterie misst. Dabei wird die Dichte der negativen Anode – die sich mit dem Ladezustand der Zelle ändert – direkt gemessen und ausgewertet. Aus der Methode versprechen sich die Wissenschaftler mehrere Vorteile: der direkte lineare Zusammenhang zwischen Ladezustand und Messsignal mache die Auswertung einfacher und genauer als bei anderen Technologien. Eine Auswerteeinheit könne außerdem mehrere Batteriezellen gleichzeitig überwachen, sie würde dabei jedoch den Ladezustand nicht permanent, sondern nur beim Laden und Entladen messen. Beides spare Energie und damit Kosten. Da das Ultraschallsignal direkt mit den mechanischen Eigenschaften der Zelle korreliert, würden außerdem Alterungsprozesse besser berücksichtigt. So könnten genauere Aussagen über die vorhandene Restkapazität und damit die Leistungsfähigkeit getroffen werden, heißt es weiter.

Das neue Messverfahren eignet sich laut Fraunhofer ISC für nahezu alle Batterietypen, sei bislang jedoch vor allem für Lithium-Ionen-Batterien getestet worden. Gerade für stationäre Speicher könne das alternative Verfahren besonders profitabel sein, da hier sehr viele Batteriezellen in einem System zusammengeschlossen werden. Ein Sensor, der nur bei Bedarf arbeitet und den Ladezustand mehrerer Zellen zeitgleich erfasst, könne hier Energie und Kosten besonders stark reduzieren. Außerdem würden bei stationären Speichern häufig schwer brennbare Batterietypen eingesetzt, bei denen der Ladezustand mit bisherigen Methoden nur unzureichend zu ermitteln sei, per Ultraschall jedoch präzise bestimmt werde.