28.10.2013, 16:56 Uhr | 0 |

Batterietester für E-Autos Mathematische Modelle sorgen für Transparenz

Ein Testgerät ermittelt künftig kontinuierlich den Ladezustand von Akkus. Das erhöht deren Lebensdauer und senkt die Kosten, beispielsweise beim Betrieb eines Elektroautos.

Strom-Zapfsäule von Siemens
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Stromtankstelle des Siemens-Konzerns.

Foto: Siemens

Der Fahrer des leistungsstarken Elektroautos hat es eilig. Er rast die steile Straße hoch und beschleunigt nach jeder Kurve, was Motor und Batterien hergeben. Plötzlich ertönt eine Computerstimme. „Sie belasten die Batterie zu stark.“ Was noch nicht heißen muss, dass die Lithium-Ionen-Akkus an Bord bald am Ende sind. Es bedeutet, dass die hoch dynamische Fahrweise die Lebensdauer der Stromspeicher verringert und damit die Betriebskosten anhebt.

Die Warnung beruht auf dem Ergebnis der kontinuierlichen Analyse des „Gesundheitszustands“ der Batterien, wie es Professor Stefan Jakubek von der Technischen Universität (TU) Wien ausdrückt. Diese Analyse leistet ein Batterie-Schnelltester, den der Leiter des Instituts für Mechanik und Mechatronik mit seinem Team entwickelt hat.

Als er vor rund drei Jahren die Idee hatte, stieß er auf viel Skepsis. Es sei unmöglich, die komplexen Lade- und Entladevorgänge einer Batterie in Aktion zu ermitteln und für eine Prognose zu nutzen. Tatsächlich erkannten die Wissenschaftler schnell, dass es mit Messungen allein nicht geht. „Die Batterie physikalisch und chemisch vollständig zu beschreiben, wäre ungeheuer aufwändig und schlussendlich nicht für Echtzeitanwendungen geeignet“, sagt Jakubek. Deshalb ging er mit seinem Team daran, mathematische Modelle – Algorithmen – zu entwickeln. Diese können, angereichert durch einige wenige Messergebnisse, den aktuellen Ladezustand beschreiben. Das überzeugte auch die Industrie. Als Partner konnte Jakubek AVL List aus Graz und Liebherr Machines Bulle aus der Schweiz gewinnen, Spezialisten für Motoren und deren elektronische Steuerung.

Die Batterietester sollen in Elektrofahrzeugen und großen stationären Stromspeichern eingesetzt werden. In beiden Fällen geht es höchst dynamisch zu. Nach einer Beschleunigungsphase, die dem Akku besonders viel Strom entzieht, folgt beispielsweise ein Bremsmanöver. Dabei fließt Energie in den Speicher zurück. Bei stationären Pufferbatterien ist es nicht anders. Bei starkem Wind und hoher Sonneneinstrahlung fließt viel Strom hinein. Wann und wie viel entnommen wird bestimmt das Netz. Der Batterietester sorgt dafür, dass die Batterien bei der Be- und Entladung schonend behandelt werden.

Falschanzeige beim Handy

Auf die aktuelle Spannung kann man sich dabei nicht verlassen, wie jeder schon einmal festgestellt hat. Manch ein Mobiltelefon oder Smartphone zeigt schon nach 30-minütiger Ladezeit an, dass die Batterie voll ist. Wenn der Nutzer es dann in Gang setzt und ein besonders viel Strom schluckendes Programm wählt, geht der Akku schnell in die Knie. „Es kann sogar vorkommen, dass der Ladezustand permanent falsch angegeben wird“, sagt Johannes Unger, der zum Forscherteam gehört. Das Handy kann man dann schnell nachladen. Doch ein Elektroauto bleibt einfach liegen und die Pufferbatterie liefert nicht, wenn der Bedarf am größten ist.

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Von Wolfgang Kempkens
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