Nemo-Projekt präsentiert smartes BMS für E-Autos
Batterie-Management-Systeme (BMS) dienen dazu, die Traktionsbatterien von E-Autos während des Betriebs zu überwachen. Die marktüblichen BMS überwachen die Batterien dabei bislang meist nur grob anhand von Spannung, Strom und Temperatur. Schäden oder Alterungsprozesse der Batterie bzw. einzelner Batteriezellen sind so aber nur schwer zu erkennen.
Im von der EU und der Schweiz geförderten Projekt „Nemo“ haben es sich deshalb TU Graz, Uni Brüssel, Infineon Technologies Austria, der Engineering-Dienstleister IAV und weitere Partner zur Aufgabe gemacht, ein neuartiges BMS zu entwickeln, das deutlich mehr Erkenntnisse über die Batterien und Batteriezellen liefert: Ziel war es, die Überwachung von Sicherheit, Lebensdauer und Leistung von Batterien direkt im System des Fahrzeugs ermöglichen.
„Um Elektrofahrzeuge sicherer und nachhaltiger zu betreiben, ist das Batterie-Management-System ein wichtiger Hebel“, sagt Christoph Drießen vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. „Wenn wir Fehler und Schäden einzelner Batteriezellen frühzeitig über das BMS erkennen, lassen sich viele Gefahren vermeiden. Und dank der Überwachung des Alterungsprozesses jeder einzelnen Zelle lässt sich auch deren Lebensdauer durch intelligente Steuerung erheblich verlängern.“
Dabei hat sich ein Team der TU Graz vor allem mit den Sicherheitsaspekten der Batterien befasst, während die Algorithmen und Modelle zu Lebensdauer und Alterung an der Uni Brüssel entstanden. Konkret ging es dabei u.a. darum, im Grazer Battery Safety Center Batteriezellen zu untersuchen, die mechanisch deformiert wurden, um beispielsweise einen Parkschaden nachzustellen. Mit diesen Labordaten trainierten die Forscher dann selbst entwickelte Modelle und Algorithmen, damit das BMS eigenständig Schäden erkennen und auf notwendige Wartungen hinweisen kann.
Um die benötigten Daten aus dem Inneren der Batteriezellen zu erhalten, setzte das Team mit der sogenannten elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) auf neue Sensorik, die im Fahrzeug den elektrischen Widerstand im Inneren der Zellen misst.
Die Forscher sehen in der neuen Methode deutliche Vorteile gegenüber bisherigen BMS: „Bisher zeigte eine Prüfung nur, wie stark die Kapazität im Vergleich zum ursprünglichen Batteriezustand abgenommen hat“, sagt Christoph Drießen. „Mit den neuen Modellen erhält man auch einen Einblick, was sich innerhalb der Zellen bei einem gewissen Alterungszustand ändert. Das ermöglicht Anpassungen, die für Leistung, Lebensdauer und Sicherheit förderlich sind.“
Die Forscher gehen davon aus, dass ein solch weiterentwickeltes BMS trotz der zahlreichen neuen Funktionen nicht wesentlich größer oder schwerer wäre als bisher. Für die zusätzlichen EIS-Messungen ist jedoch weitere Sensorik sowie eine entsprechend angepasste Integration in das BMS erforderlich. In einem Folgeprojekt wollen die Partner an ihrer Erfindung und der Überführung in Richtung industrieller Anwendung arbeiten. Bereits im aktuellen Projekt wurde dafür ein Demonstrator auf Modulebene aufgebaut.
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