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Neue Technik spart Sensoren bei Li-Ionen-Akkus

Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum haben einen Prototyp für Strom- und Spannungssensoren für Akkus entwickelt, der besonders für Elektro- und Hybridfahrzeuge interessant sein könnte. Das von Philip Dost konzipierte System benötigt nicht mehr einen Sensor pro Zelle, sondern kommt mit einem einzigen Spannungssensor aus. Das spart Rohstoffe, Gewicht und Kosten. Florian Langner setzte es in seiner Masterarbeit am Institut für Energiesystemtechnik und Leistungsmechatronik um.

Die in Elektroautos eingesetzten Batterien bestehen vorwiegend aus Lithium-Zellen. Bei Überlastung können die Zellen aber leicht Feuer fangen, deshalb wird in Fahrzeugen die Technik kontinuierlich überwacht. In E-Autos braucht es dazu üblicherweise jeweils einen Stromsensor und mehrere Spannungssensoren – pro Zelle.

Die Entwicklung von Dost und Langner erlaubt es, mit nur einem Strom- sowie einem Spannungssensor auszukommen, unabhängig von der Anzahl der Zellen. Außerdem übernehmen die beiden Sensoren eine weitere Funktion, die sonst als separate Komponente in die Batterien eingebaut werden muss: das Zell-Balancing. Es sorgt für eine gleichmäßige Energieverteilung in den Zellen. Beim Auf- und Entladen reagieren nicht alle Zellen gleich; manche sind am Ende mehr geladen als andere. Ist eine der Zellen voll geladen, werden auch alle übrigen nicht weiter geladen. Ist eine der Zellen leer, ist auch aus den anderen Zellen keine Energie mehr verfügbar. Je älter die Zellen werden, desto größer das Problem. Dem wirkt das Zell-Balancing entgegen. Mit ihm liefern auch ältere Zellen noch eine maximale Energieausbeute.

Das Bochumer Messsystem ist skalierbar, kann also in Batterien mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zellen Einsatz finden. Es ist nicht nur für Batterien in Elektroautos geeignet, sondern funktioniert auch in einer Reihe von anderen Batterietypen, zum Beispiel in mobilen Geräten wie Tablets oder Laptops, kabellosen elektrischen Werkzeugen, der unterbrechungsfreien Stromversorgung, die etwa für Krankenhäuser wichtig ist, oder in Heimspeichern zum Beispiel für Solaranlagen.

Im nächsten Schritt wollen die Ingenieure der Ruhr-Universität ihren Prototypen detailliert charakterisieren und bewerten. „Wir werden auch einzelne Komponenten austauschen, um die Anforderungen der Automobilbranche einzuhalten“, sagt Dost.

 

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