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Forschungsprojekt SEEDs: Intelligente Batterien mit zellinterner Sensorik

Fraunhofer-Institute bauen eine Forschungs- und Demonstrationsplattform für lokale, intelligente Energiesysteme, die Strom, Wärme, Kälte und Wasserstoff aus erneuerbaren Energien in einem optimierten System vereint. Das Fraunhofer ISC erforscht hierbei verbesserte Wege der Batteriekonstruktion.

Rolle-zu-Rolle Bildquelle: © Fraunhofer ISC

Kontinuierliche Elektrodenherstellung via hauseigener Rolle-zu-Rolle-Anlage im Reinraum.

Im vom Bayerischen Wirtschafts- und Energieministerium geförderten Programm SEEDs untersucht das Fraunhofer FuE-Zentrum für Elektromobilität Bayern, Teil des Fraunhofer ISC, den batterietechnischen Teil des Energiesystems, konkret wie sich die (inhomogene) Vorspannung, Druck, Temperatur und Elektrodenpotenzial auf die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von Batterien auswirken und diese besser konstruiert werden können.

Hierzu entwickeln die Wissenschaftler »intelligente« Zellen, die diese Einflussfaktoren ortsaufgelöst zellintern im Betrieb messen können. Im Projekt SEEDs wird an einem integrierten, lokalen Energiesystem gearbeitet, das neben elektrischen Speichern Gleichstrom-Netze, Versorgungsnetzsimulationen, Gas-Strom-Kopplung und Kältesysteme umfasst.

Das Fraunhofer ISC entwickelt Batteriezellen Prototypen, bei denen die Sensorik direkt in den Lithium-Ionen-Zellen integriert ist. Sie ermittelt permanent den Zustand des gesamten Zellverbunds in Hinblick auf Lade- und Alterungsverhalten und gibt Auskunft darüber, wie sich verschiedene Betriebsbedingungen auf die Zellen auswirken. Als Druckmesser werden Sensoren verwendet, die sich aufgrund ihrer geringen Bauhöhe ideal für den Einbau in Zellmodule eignen und durch Verformung Druck- oder Krafteinwirkung messen.

Die Fertigung erfolgt halbautomatisiert unter definierten Klimabedingungen am Fraunhofer ISC, wobei die Elektroden vor Ort kontinuierlich per Rolle-zu-Rolle-Anlage im Reinraum beschichtet werden. Parallel werden aus kommerziell erhältlichen Zellen Batterien aufgebaut und betrieben, sowie anschließend umfangreiche Post-Mortem-Analysen zur Identifizierung auslegungs- und konstruktionsbedingter Problematiken durchgeführt.