Die genaue Diagnose des Zustands von Elektrofahrzeugbatterien ist für deren effizientes Management und sichere Nutzung unerlässlich. KAIST-Forscher haben eine neue Technologie entwickelt, die den Zustand von Batterien mit hoher Präzision und unter Verwendung nur geringer Strommengen diagnostizieren und überwachen kann, wodurch die langfristige Stabilität und Effizienz der Batterien verbessert werden soll.
Das KAIST (vertreten durch Präsident Kwang Hyung Lee) gab bekannt, dass ein Forschungsteam unter der Leitung der Professoren Kyeongha Kwon und Sang-Gug Lee von der School of Electrical Engineering eine Technologie zur elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) entwickelt hat, die zur Verbesserung der Stabilität und Leistung von Hochleistungsbatterien in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden kann.
Impedanz-Messung
EIS ist ein leistungsfähiges Instrument, das die Größe und die Veränderungen der Impedanz (Ein Maß für den Widerstand gegen den Stromfluss innerhalb der Batterie, das zur Beurteilung der Batterieleistung und des Batteriezustands verwendet wird) in einer Batterie misst und so die Bewertung der Effizienz und der Verluste der Batterie ermöglicht. Sie gilt als wichtiges Instrument zur Bewertung des Ladezustands (SOC) und des Gesundheitszustands (SOH) von Batterien. Darüber hinaus lassen sich damit thermische Eigenschaften und chemische/physikalische Veränderungen ermitteln, die Lebensdauer von Batterien vorhersagen und die Ursachen von Ausfällen bestimmen.
Herkömmliche EIS-Geräte sind jedoch teuer und komplex und daher schwierig zu installieren, zu betreiben und zu warten. Aufgrund der begrenzten Empfindlichkeit und Präzision kann die Anwendung von Stromstörungen von mehreren Ampere (A) auf eine Batterie außerdem eine erhebliche elektrische Belastung verursachen, was das Risiko eines Batterieausfalls oder eines Brandes erhöht und den Einsatz in der Praxis erschwert.
Schwachstrom-EIS-System
Um dieses Problem zu lösen, hat das KAIST-Forschungsteam ein Schwachstrom-EIS-System entwickelt und validiert, mit dem der Zustand und die Gesundheit von EV-Batterien mit hoher Kapazität diagnostiziert werden kann. Dieses EIS-System kann die Batterieimpedanz mit geringen Stromstörungen (10 mA) präzise messen, wodurch thermische Effekte und Sicherheitsprobleme während des Messvorgangs verringert werden.
Darüber hinaus kommt das System ohne sperrige und kostspielige Komponenten aus und lässt sich somit leicht in Fahrzeuge integrieren. Das System hat sich bei der Ermittlung der elektrochemischen Eigenschaften von Batterien unter verschiedenen Betriebsbedingungen, einschließlich unterschiedlicher Temperaturen und SOC-Werte, als effektiv erwiesen.
Prof. Kwon erklärte: „Dieses System kann leicht in das Batteriemanagementsystem (BMS) von Elektrofahrzeugen integriert werden und hat eine hohe Messgenauigkeit bewiesen, während es die Kosten und die Komplexität im Vergleich zu herkömmlichen Hochstrom-EIS-Methoden deutlich reduziert. Es kann zur Batteriediagnose und Leistungsverbesserung nicht nur für Elektrofahrzeuge, sondern auch für Energiespeichersysteme (ESS) beitragen.“
