Im Rahmen des EU-Projekts Nemo haben Forscher, einschließlich eines Teams der Technischen Universität Graz, bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung eines neuen Batterie-Management-Systems (BMS) erzielt. Diese Innovation zielt darauf ab, die Sicherheit und Langlebigkeit von Batterien in Elektrofahrzeugen zu verbessern. Das BMS spielt eine entscheidende Rolle bei der Überwachung und Steuerung des Energieverbrauchs der Batterien, ähnlich wie ein Dirigent ein Orchester leitet. Bislang basierte die Überwachung jedoch hauptsächlich auf der Analyse von Spannungen, Strömen und Temperaturen der einzelnen Zellen. Eine umfassende Bewertung der Alterung oder möglicher Schäden erforderte aufwendige externe Berechnungen.
Im Rahmen des Projekts Nemo haben die TU Graz, die Vrije Universiteit Brussel sowie verschiedene Industriepartner neue Algorithmen und Modelle entwickelt, die die Überwachung der Batterien direkt im Fahrzeug ermöglichen. Dies ist ein wichtiger Schritt, um potenzielle Gefahren frühzeitig zu erkennen und die Lebensdauer der Batterien zu verlängern. Christoph Drießen, ein Experte am Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz, betont die Bedeutung des BMS: „Durch die frühzeitige Erkennung von Fehlern in den Batteriezellen können wir viele Risiken minimieren und die Lebensdauer der Zellen durch intelligente Steuerung verlängern.“
Ein zentrales Element der Forschung war die Sicherheit der Batterien. Im Battery Safety Center der TU Graz wurden Batteriezellen mechanischen Belastungen ausgesetzt, um beispielsweise die Auswirkungen von Parkschäden zu simulieren. Diese Daten wurden genutzt, um die entwickelten Algorithmen zu trainieren. Die Modelle ermöglichen es dem BMS, Schäden selbstständig zu erkennen und Wartungsbedarf anzuzeigen. Um die benötigten Daten über den Zustand der Zellen zu erhalten, verwenden die Forscher elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS). Diese Methode misst den elektrischen Widerstand im Inneren der Batteriezellen und liefert so wertvolle Informationen über deren Zustand.
Ein weiteres innovatives Modell, das die Grazer Wissenschaftler entwickelt haben, prognostiziert die Volumenänderungen der Zellen während des Lade- und Entladevorgangs. Eine übermäßige Ausdehnung kann zu erhöhtem mechanischen Druck im Batteriepacks führen, was das Risiko von Rissen und Verformungen erhöht. Durch die Anwendung dieses Modells können interne Kurzschlüsse und thermische Spitzen reduziert werden. Die Algorithmen zur Lebensdauerprognose und Alterungsanalyse stammen von der Vrije Universiteit Brussel und bieten viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren, die lediglich die Kapazitätsverluste dokumentieren.
Das neue BMS ist nicht nur effizienter, sondern auch in Größe und Gewicht vergleichbar mit bestehenden Systemen. Die Implementierung der zusätzlichen EIS-Messungen erfordert jedoch eine erweiterte Sensorik sowie eine entsprechende Anpassung des Systems. Um die neu entwickelten Technologien in der Praxis zu testen, wird im nächsten Projektabschnitt an deren Weiterentwicklung und industrieller Anwendung gearbeitet. In der aktuellen Phase wurde bereits ein Demonstrator auf Modulebene realisiert. Die Europäische Union hat das Projekt mitfinanziert, zusätzlich gab es Unterstützung durch das Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation.
Zusammen mit der TU Graz und der Vrije Universiteit Brussel haben auch Unternehmen wie Infineon Technologies Austria und die Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr (IAV) an dem Projekt mitgewirkt. Die Cloud-Implementierung wurde von TTTech realisiert, während ICONS als weiterer Partner fungierte. Durch diese umfassende Zusammenarbeit ist es gelungen, ein hochmodernes BMS zu entwickeln, das die Sicherheit und Effizienz von Elektrofahrzeugbatterien erheblich steigern kann.
Insgesamt stellt das neue Batterie-Management-System einen bedeutenden Fortschritt in der Elektromobilität dar. Die Entwicklungen könnten nicht nur die Sicherheit der Fahrzeuge erhöhen, sondern auch deren Nachhaltigkeit fördern, indem sie die Lebensdauer der Batterien verlängern und damit den Ressourcenverbrauch reduzieren.
