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Elektromobilität Auf dem Weg zur intelligenten Batterie: Sensoren in der Zelle übertragen kritische Messwerte

Von Stefanie Eckardt 2 min Lesedauer

Die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel hat ein neues Kommunikationsprinzip für Batteriezellen entwickelt, das mit Hilfe von Sensoren im Inneren der Zelle kritische Werte wie Hitze- oder Gasentwicklung übermittelt. Besonderheit: Dieses kommt ohne zusätzliche Datenleitungen aus und könnte Batteriemanagementsysteme einfacher, kostengünstiger und langfristig auch sicherer machen.

Die grüne Platine enthält den elektronischen Schaltkreis, mit dem die CAU Sensordaten über die vorhandenen Stromanschlüsse einer Batteriezelle übertragen. Die Batteriezelle befindet sich im Hintergrund.(Bild: Christina Anders | Uni Kiel)
Die grüne Platine enthält den elektronischen Schaltkreis, mit dem die CAU Sensordaten über die vorhandenen Stromanschlüsse einer Batteriezelle übertragen. Die Batteriezelle befindet sich im Hintergrund.
(Bild: Christina Anders | Uni Kiel)

Batterie, beispielsweise für Elektrofahrzeuge, bestehen aus vielen einzelnen Zellen. Bislang messen Sensoren die Temperatur meist nur an der Außenseite der Zellen. Problematisch ist: Gefährliche Hitze entsteht in der Regel zuerst im Inneren einer Batterie – und bleibt dort zunächst unbemerkt. Sensoren im Zellinneren sind zwar grundsätzlich möglich, benötigen bisher jedoch zusätzliche Elektronik und Datenleitungen. Ein Platz- und Kostenfaktor.

Messwerte in digitale Signale umwandeln

Hier setzt die neue Lösung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) an. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurde ein elektronischer Schaltkreis direkt in die Batteriezelle eingebaut. Dieser benötigt kaum Platz und wandelt die Messwerte des Temperatursensors in ein digitales Signal. Dieses gelangt dann über dieselben Anschlüsse, über die die Batterie ohnehin geladen und entladen wird, nach außen. Zusätzliche Leitungen sind somit nicht nötig. „Unsere Arbeit ist ein erster Schritt hin zu intelligenten Batterien, die ihren Zustand kontinuierlich überwachen und melden“, ist sich Dr. Hamzeh Beiranvand vom Lehrstuhl für Leistungselektronik sicher und betont: „Das würde Batteriesysteme sicherer und wirtschaftlicher machen.“ Dazu trägt auch bei, dass das neue Kommunikationsprinzip vorhandene Komponenten doppelt nutzt. Nach einer ersten Kostenabschätzung des Teams könnte das System im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen mit separaten Sensorleitungen rund 35 Prozent günstiger sein.

Zukünftiges Potenzial

Der Schaltkreis ließe sich, nach Einschätzung des Teams, zukünftig noch weiter verkleinern oder sogar direkt in neue Batteriematerialien integrieren. Weil die Sensoren Vorgänge im Zellinneren direkt erfassen, können sie darüber hinaus dazu beitragen, neue Batteriematerialien besser zu verstehen und gezielt weiterzuentwickeln. „Das Prinzip funktioniert theoretisch nicht nur mit Temperatursensoren“, erläutert Johannes Diers, Doktorand in der Arbeitsgruppe Leistungselektronik und Erstautor der Studie. „Auch Druck-, Gas- oder andere Sensoren könnten auf die gleiche Weise Informationen aus der Batterie nach außen übertragen.“ Langfristig könnte das Verfahren in allen Anwendungen mit leistungsfähigen Batteriesystemen zum Einsatz kommen – von Elektroautos über Wind- und Solarenergie- bis hin zu Heimspeichern. (se)

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