Zustandsüberwachung von Batterien

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Motivation

Seit ihrer Markteinführung in den 1990er Jahren werden Lithium-Ionen-Batterien in vielen Bereichen eingesetzt, z. B. in alltäglichen Geräten, kleiner Elektronik (Smartphones, Laptops) und in viel spezielleren Anwendungen, z. B. in Elektrofahrzeugen oder autonomen Unterwasserfahrzeugen (AOVs). Trotz der vielen Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien, die ihnen einen Vorsprung auf dem Markt verschaffen, haben sie auch einige Einschränkungen, die für jede Batterie gelten, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung oder ihrem Design. Die größte Einschränkung ist die Degradation der Batterie über eine Reihe von Lade-/Entladezyklen, was die Lebensdauer der Batterie erheblich reduzieren kann und wiederum schwerwiegende Folgen für den Benutzer haben kann. Daher ist die Überwachung von Batterien extrem wichtig, um einen sicheren und effektiven Betrieb von Batterien zu gewährleisten.

Kurzbeschreibung des Projekts

Die Arbeitsgruppe SOT stellt in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IKTS neuartige Methoden der Batteriezustandsüberwachung vor, die auf Unterwasseranwendungen - ROVs, AOVs, Unterwasser-Energiespeichersysteme - ausgerichtet sind. Unsere Techniken basieren auf dem Einsatz von piezoelektrischen Wandlern und den von ihnen erzeugten Ultraschallwellen, die sich in der Batterie ausbreiten und mit ihren Komponenten interagieren. Unser Flaggschiff - Guided Waves Battery Monitoring macht sich die Tatsache zunutze, dass sich während der Lade-/Entladezyklen und während der Batteriedegradation die mechanischen Eigenschaften der Batteriekomponenten ändern, was die Ausbreitung der Guided Waves beeinflusst. Daher wird die Korrelation zwischen den Wellenparametern und den mechanischen Eigenschaften der Batterie zur Bestimmung des Ladezustands (State of Charge, SoC) und des Gesundheitszustands (State of Health, SoH) der Batterie genutzt.

Anwendung

Unsere Techniken, die für jede Art von Batteriedesign und -chemie anwendbar sind, bieten:

  • Genaue SoC- und SoH-Bestimmung
  • Erhöhte Betriebssicherheit
  • Längere Zeit unter Wasser - Kostenreduzierung
  • Längere Batterielebensdauer
  • Erhöhte Stabilität und Zuverlässigkeit
  • Vorhersage der Batteriedegradation

Das Projekt kann in den folgenden Bereichen Anwendung finden:

  • Herstellung von ROVs, AOVs
  • Herstellung von U-Booten
 

Forschungsgruppe Smart Ocean Technologies