HealthBatt: Sensortechnologie für intelligente Batteriesysteme

Ganz gleich ob E-Auto oder Photovoltaik-Anlage – intelligente Batteriesysteme und -speicher sind ein zentraler Enabler für nachhaltige Technologien. Im Forschungsprojekt HealthBatt arbeiten Forschende des Fraunhofer EMFT gemeinsam mit Partnern an einem Multi-Sensoransatz, um Belastungsprofile in Batteriespeichern ganzheitlich erfassen und auswerten zu können. Durch die Kombination aus Schadensanalysen und KI-gestützter Datenauswertung sollen die Lebensdauer von Batteriesystemen verlängert und die Nutzungssicherheit im Überlastfall erhöht werden.

Gegenwärtige Batterie-Management-Systeme, wie sie beispielsweise in Elektrofahrzeugen verbaut sind, nutzen meist nur thermische und elektrische Messdaten zur Erfassung des Zustands von Batteriespeichern. Um zusätzliche Belastungen wie Stöße, mechanische Schwingungen sowie Feuchtigkeit berücksichtigen und die Lebensdauer von Batteriesystemen genauer abschätzen zu können, wird im Projekt HealthBatt ein ganzheitliches Sensorikkonzept entwickelt. Zusammen mit der intelligenten Datenanalyse ermöglicht dieser neue Multisensor-Ansatz auch die Reduzierung von unerwarteten Ausfällen und eine nachgelagerte Anwendung (Second-Life-Anwendung) als stationäres System.

Das Partnerkonsortium im Projekt „HealthBatt“ bündelt alle erforderlichen Kompetenzen für diese Aufgabenstellung. Der Koordinator Varta stellt eine universell nutzbare Batteriezelle zur Verfügung, an der beispielhaft die sensorischen Funktionen adaptiert werden. Der Halbleiterhersteller Infineon liefert die elektronischen Module für die Erfassung des Ladezustands der Batterie sowie Systemkomponenten für Datenübertragung und -verarbeitung. Das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TU München entwickelt neue Laserstrahl-basierte Fügetechniken für die Kontaktierung der Zellen. Das Fraunhofer ISC arbeitet an der Prüfmethodik zur Zustandsbewertung der Zellen und führt „Post Mortem Analysen“ durch.

Zu den wesentlichen Forschungsaufgaben des Fraunhofer EMFT gehören die Bereitstellung eines Feuchte-Sensors, die Adaption und Montage von Sensoren für den mechanischen Schock sowie die Integration dieser Komponenten auf bzw. in Foliensubstraten. Die Nutzung von Folien-Systemen ermöglicht eine weitgehend freie Dimensionierung und Formgebung zur Anpassung an die Batteriezellen. Weitere Aufgabe des EMFT ist die Konzeptionierung der Datenkommunikation und deren Realisierung in Zusammenarbeit mit den Partnern.

Mit diesen Forschungsaufgaben wird das Projekt einen wertvollen Beitrag zur nachhaltigen Nutzung von Batterien für die Elektromobilität leisten. Wichtige Aspekte hierfür sind die Erarbeitung einer Datenbasis zur Qualifizierung und Vorhersage des Batteriestatus (SoH: „Status of Health“), verbesserte Ressourceneffizienz im Umgang mit Wertstoffen wie bspw. Lithium und eine verlängerte Wertschöpfungskette im Materialkreislauf durch die erweiterte Nutzung der Batteriemodule („second life“). Das Vorhaben wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz unter dem Förderkennzeichen 16BZF346E gefördert.