NOVBATCON

Konzept eines neuartigen intelligenten Batteriemanagementsystems für Elektrofahrzeuge

Projektbeschreibung

Das Transportwesen trägt wesentlich zur Emission von Treibhausgasen wie CO2 und zum Verbrauch fossiler Brennstoffe bei. Daher ist ein Technologiewechsel hin zu einer umweltverträglichen und nachhaltigen Energieversorgung erforderlich. Während zum Teil synthetische Brennstoffe empfohlen werden, um dieses Ziel schnell zu erreichen, wird derzeit die Elektrifizierung des Antriebsstranges als meistversprechender Ansatz angesehen. Dies betrifft sowohl Brennstoffzellenfahrzeuge als auch insbesondere batteriebetriebene elektrische Fahrzeuge (BEVs). Die schnelle Marktverbreitung der BEV hängt von einer größeren Akzeptanz durch den Kunden ab. Um die Nutzerakzeptanz zu erhöhen, ist es nötig, die Batterie schnell aufladen zu können, die Batteriesicherheit zu verbessern, und die Kosten zu senken. Schnellladen ist aufgrund der beschränkten, in Li-Ionenbatterien (welche die derzeit beste Technologie darstellen) speicherbaren Energiedichte notwendig. Schnellladen kann aber die Lebensdauer von Batterien durch irreversible Veränderungen in den Batteriematerialien und dem Elektrolyten verringern. Dies ist der entscheidende limitierende Faktor beim Schnellladen. Hier setzt das Projekt NOVBATCON an: In Zusammenarbeit mit erfahrenen chinesischen Partnern soll ein neues Konzept zum Batteriemanagement erarbeitet werden. Üblicherweise bestehen Batteriepackungen aus hunderten oder tausenden Einzelzellen, die in mehreren Batteriemodulen zusammengefasst werden, um die Lieferung der benötigten elektrischen Leistung sicherzustellen. Der sichere und zuverlässige Betrieb der Batteriepackung ist essentiell, weshalb dieser durch ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht und kontrolliert wird. Ein typisches BMS misst nur den Gesamtstrom und –spannung der Batterie, sowie die Spannungen und Temperaturen der Einzelzellen, um wichtige Zustandsgrößen wie den Ladungszustand (state of charge, SOC) und den Gesundheitszustand (state of health, SOH) der Batterie zu ermitteln, um die verfügbare Leistung zu bestimmen, den Ladeprozess zu kontrollieren, den Ladezustand zwischen den Zellen anzugleichen und generell den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Elektrofahrzeugs zu gewährleisten. Eine detaillierte und schnelle Information über beginnende Veränderungen in den Einzelzellen und ein Frühwarnsystem für den Einsatz von Degradation lässt sich mit derzeitigen BMS nicht zuverlässig realisieren.

Das in NOVBATCON erforschte Konzept soll den internen Zustand jeder einzelnen Batteriezelle unter Verwendung einer speziellen wechselstrombasierten Methode analysieren, welche es erlaubt, frühzeitig Rückschlüsse auf Veränderungen im inneren Zustand der Batterie zu ziehen. Die Datenanalyse basiert auf einem physikalischen Modell, welches durch elektrochemische Impedanzmessungen an Halbzellen erarbeitet und validiert wird. Dann werden die Messungen auf kommerzielle Vollzellen mit verschiedenem SOH angewandt, um eine entsprechende Datenbasis aufzubauen. Moderne Methoden der Informationsverarbeitung werden ebenfalls integriert, um effiziente Kontrollstrategien zu etablieren. Dies soll die Schnellladefähigkeit deutlich erweitern, und die Lebensdauer der Batterie verlängern. Eine Kombination mit dem Konzept der rekonfigurierbaren Batteriepackungen wird auch betrachtet. Die neuen Techniken sollen mit kostengünstigen elektronischen Komponenten realisiert werden, um das BMS nicht unnötig zu verteuern. Die Projektergebnisse sollen in Form von Publikationen und Patenten verwertet werden und in nachfolgenden Demonstrationsprojekten mit den assoziierten Partnern implementiert werden. Das Projekt soll auch Beiträge zur Normung und Standardisierung in der Elektromobilität liefern.

Ansprechpartner

Dr. Oliver Schneide
Tel: +49 89 289 18105
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Dr. Cuili Chen
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M. Sc. Göktug Yesilbas
Tel: +49 89 289 18063
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