Neues System der TU Graz erkennt Schäden an E-Auto-Akku, bevor sie entstehen

Ein neues Batterie-Management-System (BMS) für Elektroautos kann den Zustand von Batteriezellen künftig direkt im Betrieb überwachen, statt nur Spannung, Strom und Temperatur zu messen. Entwickelt wurde das BMS von der TU Graz und der Universität Brüssel. Der Schlüssel sind neuentwickelte Algorithmen und KI-Modelle.

„Um Elektrofahrzeuge sicherer und nachhaltiger zu betreiben, ist das Batterie-Management-System ein wichtiger Hebel“, sagt Christoph Drießen vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz in einer Aussendung. „Wenn wir Fehler und Schäden einzelner Batteriezellen frühzeitig über das BMS erkennen, lassen sich viele Gefahren vermeiden. Und dank der Überwachung des Alterungsprozesses jeder einzelnen Zelle lässt sich auch deren Lebensdauer durch intelligente Steuerung erheblich verlängern.“

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Simulierte Unfälle

Im Fokus der Entwicklung stand die Sicherheit. Die Forschenden haben dazu unter anderem Batterien stark verformt, um reale Schäden, wie sie etwa nach einem Unfall auftreten, nachzubilden. Die Daten aus den Simulationen nutzten sie dann, um KI-Modelle und Algorithmen zu trainieren. Das Ziel war, dass das Batterie-Management-System (BMS) Schäden selbstständig erkennt und auf notwendige Wartungen hinweist.

Der nächste Baustein des Systems ist eine neue Messtechnik namens elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), die den elektrischen Widerstand im Inneren der Batteriezellen misst. So erhält das BMS Informationen über den Zustand der Zellen, die bisher nicht unmittelbar verfügbar waren.

Risikoreiches Be- und Entladen

Eine weitere KI prognostiziert außerdem Volumenänderungen der Zellen während des Be- und Entladens, da mechanischer Druck Risse und Verformungen im Akku verursachen kann. Die KI hilft, das Risiko für interne Kurzschlüsse und thermische Spitzen zu senken.

„Bisher zeigte eine Prüfung nur, wie stark die Kapazität im Vergleich zum ursprünglichen Batteriezustand abgenommen hat“, sagt Drießen. „Mit den neuen Modellen erhält man auch einen Einblick, was sich innerhalb der Zellen bei einem gewissen Alterungszustand ändert. Das ermöglicht Anpassungen, die für Leistung, Lebensdauer und Sicherheit förderlich sind.“

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Das adaptierte BMS sei nicht viel schwerer und größer als derzeitige Modelle. Man müsse aber die Sensorik anpassen, damit die EIS-Messungen stattfinden können. Die Forschenden haben einen Demonstrator des BMS entwickelt, den sie nun zu einer allgemein verfügbaren Anwendung weiterentwickeln wollen.