Forscher der CAU haben gezeigt, wie Sensoren im Inneren einer Batteriezelle Messwerte nach außen übermitteln können, ohne dass dafür zusätzliche Kommunikationsleitungen nötig sind. Stattdessen nutzt das System die bereits vorhandenen Stromleitungen sowie die Elektronik, die den Lade- und Entladevorgang der Batterie steuert. Das Team spricht deshalb von einer „sprechenden Batterie“ – einer Batterie, die Informationen aus ihrem Inneren heraus selbst übermittelt.
Moderne Batterien, etwa in Elektroautos oder Stromspeichern, bestehen aus vielen einzelnen Zellen. Bislang messen Sensoren die Temperatur meist nur an der Außenseite der Akkus. Gefährliche Hitze entsteht oft zuerst im Inneren einer Batterie – und bleibt dort zunächst unbemerkt. Sensoren im Inneren der Akkus sind zwar grundsätzlich möglich, bislang brauchen sie jedoch zusätzliche Elektronik und Datenleitungen, die im engen Bauraum einer Batteriezelle wertvollen Platz beanspruchen.
Das neue Verfahren soll genau dieses Problem lösen: Dafür bauten die Forscher einen kleinen elektronischen Schaltkreis direkt in die Batteriezelle ein. Dieser benötigt den Angaben nach kaum Platz und wandelt die Messwerte des Temperatursensors in ein digitales Signal. Dieses gelangt dann über dieselben Anschlüsse, über die die Batterie ohnehin geladen und entladen wird, nach außen. Zusätzliche Leitungen sind somit nicht nötig.
„Unsere Arbeit ist ein erster Schritt hin zu intelligenten Batterien, die ihren Zustand kontinuierlich überwachen und melden“, sagt Hamzeh Beiranvand vom Lehrstuhl für Leistungselektronik. „Das würde Batteriesysteme sicherer und wirtschaftlicher machen.“ Dazu trage auch bei, dass das neue Kommunikationsprinzip vorhandene Komponenten doppelt nutzt. Nach einer ersten Kostenabschätzung des Teams könnte das System gegenüber herkömmlichen Lösungen mit separaten Sensorleitungen rund 35 Prozent günstiger sein.
Der Schaltkreis ließe sich nach Einschätzung der Forscher zukünftig noch weiter verkleinern oder direkt in neue Batteriematerialien integrieren. Da die Sensoren Vorgänge im Zellinneren direkt erfassen, können sie außerdem dazu beitragen, neue Batteriematerialien besser zu verstehen und gezielt weiterzuentwickeln. „Das Prinzip funktioniert theoretisch nicht nur mit Temperatursensoren“, sagt Johannes Diers, Doktorand in der Arbeitsgruppe Leistungselektronik und Erstautor der Studie. „Auch Druck-, Gas- oder andere Sensoren könnten auf die gleiche Weise Informationen aus der Batterie nach außen übertragen.“
Langfristig könnte das Verfahren laut den Projektverantwortlichen in allen Anwendungen mit leistungsfähigen Batteriesystemen zum Einsatz kommen – von Elektroautos über Wind- und Solarenergie- bis hin zu Heimspeichern.
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