Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum haben ein neues Konzept für Strom- und Spannungssensoren für Batterien insbesondere für Elektrofahrzeuge entwickelt, das mit einem einzigen Spannungssensor auskommt und somit Gewicht und Kosten spart. Eine E-Auto-Batterie besteht aus einzelnen Blöcken, die jeweils bis zu zwölf Zellen enthalten. Üblicherweise wird jede Zelle mit einem eigenen Spannungssensor überwacht.
„Neben den Zellen sind die Sensoren ein wesentlicher Gewichts- und auch Kostentreiber“, erklärt Philip Dost, der das neue System konzipiert hat. Das System existiert bereits als Laborprototyp und laut Dost haben einige Industrieunternehmen bereits Interesse angemeldet.
Brandschutz und Balance
E-Auto-Batterien bestehen aus leicht brennbaren Lithium-Zellen. Deshalb muss die Technik in Fahrzeugen kontinuierlich überwacht werden. In E-Auto-Batterien braucht es dazu üblicherweise einen Stromsensor und einen Spannungssensoren je Zelle. Nur so kann man sie alle genau überwachen.
Die Bochumer Entwicklung benötigt einen Strom- sowie einen Spannungssensor. Außerdem übernehmen die beiden Sensoren das Zell-Balancing, das sonst als separate Komponente in die Batterien eingebaut werden muss. Es sorgt für eine gleichmäßige Energieverteilung in den Zellen.
Mit ihm liefern zudem auch ältere Zellen noch eine maximale Energieausbeute. Beim Auf- und Entladen reagieren nicht alle Zellen gleich; manche sind am Ende mehr geladen als andere. Ist eine der Zellen voll geladen, werden auch alle übrigen nicht weiter geladen. Ist eine der Zellen leer, ist auch aus den anderen Zellen keine Energie mehr verfügbar. Je älter die Zellen werden, desto größer das Problem. Dem wirkt das Zell-Balancing entgegen.
Skalierbar und für viele Zellen geeignet
Das Bochumer Messsystem ist skalierbar und für Batterien mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zellen geeignet. Dazu zählen nicht nur Batterien in Elektroautos, sondern auch eine Reihe von anderen Batterietypen, die zum Beispiel in mobilen Geräten wie Tablets oder Laptops, kabellosen elektrischen Werkzeugen, der unterbrechungsfreien Stromversorgung oder in Heimspeichern etwa für Solaranlagen eingesetzt werden. Im nächsten Schritt wollen die Ingenieure der Ruhr-Universität ihren Prototypen detailliert charakterisieren und bewerten.
