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der gemessenen Impedanz einer Zelle und der Kapazität der Batterie ermittelt wird. Die Herausforderungen dabei: Für die simulative Modellierung benötigt man die Kenntnis über alle notwendigen Detailprozesse für jeden Zelltyp, auch wenn diese noch gar nicht bekannt oder unverstanden sind. Ausserdem muss zur Übertragung auf eine neue Zellchemie der gesamte Beschreibungsprozess erneut durchgeführt werden. Das bringt wiederum erheblichen Aufwand mit sich – was auch für die Extrapolation aus Messungen gilt: Hier muss für jeden zu beschreibenden Zelltyp und alle existierenden Umgebungsbedingungen (Temperatur, Lastprofil usw.) der komplette Messaufwand durchgeführt werden.

Batteriesystem erhält «Gedächtnis» Am Fraunhofer IFAM wurde nun ein neuer Ansatz entwickelt. Dabei wird die Lebensdauer von Batteriezellen anhand eines Modells beschrieben, das auf einem begrenzten Kenntnisstand zur Zellchemie beruht.

Dazu werden mathematische Modelle für nichtlineares Verhalten mit «Memory»-Effekten (sogenannte Volterra-Reihen) zur Beschreibung der Zelleigenschaften verwendet. Dieser Ansatz biete den Vorteil, dass die Ausgabe des Systems von der Eingabe in das System zu allen Zeiten abhänge, das System also sozusagen ein Gedächtnis über alle vorherigen Vorgänge erhalte, was eben zur Beschreibung des Alterungsprozesses wesentlich ist. Der entscheidende Schritt ist dann die Messung der dynamischen Impedanz der Batteriezellen während des Einsatzes – oder genauer: während des Ladens bzw. Entladens der Zelle. Es ist dabei möglich, die mathematischen Parameter zur Beschreibung des Verhaltens der Zellen direkt zu messen. Mithilfe dieser mathematischen Darstellung können dann auch nicht gemessene Zustände berücksichtigt werden, wodurch die Übertragbarkeit auf andere Umgebungsbedingungen und Zellchemien, also auch die Berücksichtigung komplett neuer Batterietypen, ermöglicht wird.

Messungen während der Nutzung

Die neue Methode bietet jedoch nicht nur die Möglichkeit, die Ergebnisse mit geringem Aufwand auf ganz verschiedene Zelltypen (wie zum Beispiel auf Festkörperbatterien) zu übertragen, sondern vor allem den Vorteil, dass die Messungen direkt während der Nutzung einer Batterie beispielsweise im Elektroauto durchgeführt werden können. Zusätzlicher Laboraufwand oder eine Einschränkung der Nutzung zur Altersbestimmung ist also nicht notwendig. Durch Implementierung in das Batteriemanagementsystem lassen sich daher zu jeder Zeit während der Nutzung des Systems alle notwendigen Daten zur Lebensdauerprognose gewinnen. Aufgrund dieser Daten können zudem optimierte Ladestrategien entwickelt werden, um damit die Gesamtlebensdauer des Batteriesystems zu erhöhen.

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