Die Impedanzspektroskopie gilt als eine der aussagekräftigsten Methoden zur Zustandsdiagnose von Batteriezellen. Sie liefert Informationen über den Ladezustand (State of Charge, SOC), den Gesundheitszustand (State of Health, SoH) sowie den Sicherheitszustand der Zelle – einschließlich des Zustands von Kathode, Anode und Elektrolyt. Bislang war das Verfahren jedoch auf den Ruhezustand der Batterie beschränkt, was Messzeiten von typischerweise bis zu zwanzig Minuten bedeutete und einen praktischen Einsatz in Fahrzeugen erheblich einschränkte.
Forscher am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM haben nun ein Messverfahren entwickelt, das diese Einschränkung überwindet. Die computergestützte Echtzeit-Impedanzmessung wertet Strom-Spannungs-Verhältnisse während des laufenden Betriebs aus und ermöglicht so eine kontinuierliche Zustandsanalyse ohne Unterbrechung des Ladevorgangs. Die Impedanzkurven verändern sich dabei dynamisch über einen Ladezyklus, was Rückschlüsse auf physikalische und chemische Prozesse innerhalb der Zelle erlaubt.
Für Batteriemanagement-Systeme (BMS) in Elektrofahrzeugen hätte das Verfahren weitreichende Konsequenzen. Ein auf Echtzeit-Impedanzdaten gestütztes BMS könnte Lade- und Entladestrategien deutlich präziser an den tatsächlichen Zellzustand anpassen – mit dem Ziel, die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und gleichzeitig die Sicherheit zu erhöhen. Das Fraunhofer IFAM sieht das Verfahren ausdrücklich als geeignet für sicherheitskritische Anwendungen.
Die Weiterentwicklung der Impedanzspektroskopie hin zu betriebsbegleitenden Messverfahren ist ein aktives Forschungsfeld, da klassische Diagnoseverfahren wie Ruhespannungsmessung oder Coulomb-Counting bei gealterten Zellen oder dynamischen Lastprofilen an Grenzen stoßen. Ein Echtzeit-fähiges Verfahren könnte zudem in der Fertigungsqualitätssicherung und bei der Bewertung von Altbatterien im Recycling-Kontext relevant werden.
Die Fraunhofer-Allianz Batterien bündelt die Batterieforschung mehrerer Fraunhofer-Institute. Das IFAM als federführendes Institut für dieses Verfahren ist unter anderem auf Fertigungstechnologie und Materialforschung spezialisiert. Angaben zu konkreten Industriepartnern oder zum Reifegrad (Technology Readiness Level) des Verfahrens sind der vorliegenden Mitteilung nicht zu entnehmen.
Quelle: Fraunhofer-Allianz Batterien – https://www.batterien.fraunhofer.de/de/presse_medien/presse/echtzeit-messverfahren-verlaengert-lebensdauer-und-erhoeht-siche.html
