Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie viel Saft steckt noch in der Batterie?

28.10.2013
Den Ladezustand von Batterien anzugeben ist schwierig, besonders wenn es in Echtzeit im Volllastbetrieb geschehen soll.

Optimale Versuchsplanung und nichtlineare Batteriemodelle der TU Wien machen das aber möglich. Ein "Batterie-Schnelltester" wird auf der internationalen Fachmesse sps ipc drives ab 26. November in Nürnberg nun erstmals vorgestellt.


Die TU Wien entwickelt Hochleistungs-Batterietester

Dass Batterie-Ladezustandsanzeigen nicht immer besonders zuverlässig sind, erlebt man jeden Tag – etwa beim Handy oder bei der Fotokamera. Bei großen Batterien, bei denen die Belastung zeitlich stark variiert, beispielsweise in Hybrid- oder Elektro-Fahrzeugen, ist dieses Problem noch viel schwerwiegender. Für genaue Ladezustandsanzeigen benötigt man ein mathematisches Modell, mit dem sich das Verhalten der Batterie in möglichst allen Situationen beschreiben lässt. Ein Forschungsteam der TU Wien hat sich darauf spezialisiert, solche Modelle aus wenigen, optimal maßgeschneiderten Versuchsmessungen abzuleiten.

Batterieverhalten messen mit optimalen Testsignalen

„Um das dynamische Verhalten der Batterie modellieren zu können, braucht man zunächst Messungen, die ausreichend Informationen für die Modellbildung zur Verfügung stellen“, erklärt Johannes Unger, der im Forschungsteam von Prof. Stefan Jakubek (Institut für Mechanik und Mechatronik der TU Wien) an diesem Problem forscht. Man gibt einen bestimmten zeitlich veränderlichen Laststrom vor und beobachtet, wie sich die Spannung der Batterie unter dieser Belastung verhält.

„Entscheidend ist, mit minimalem Testaufwand ein Maximum an Information über die Batterie herauszufinden“, sagt Stefan Jakubek. Normalerweise wird das Testergebnis umso genauer, je länger man misst. Doch Zeit ist Geld: Längere Messungen sind teurer und verbrauchen Ressourcen. Bei optimaler Planung der Messung lässt sich auch mit kurzen Testsignalen die nötige Information auslesen.

Datenbasierte Black Box Modelle für minimale Schätzfehler des Ladezustandes

„Die Batterie physikalisch und chemisch vollständig zu beschreiben, wäre ungeheuer aufwändig und schlussendlich nicht für Echtzeitanwendungen geeignet“, sagt Stefan Jakubek. Daher modelliert man die Batterie als Black Box, deren Verhalten von einem rein datenbasierten Modell beschrieben wird. Ausgehend von diesem Modell berechnet man, mit welchem Stromsignal das Verhalten der Batterie am besten angeregt werden kann – und abhängig von diesem Messergebnis kann man daraus wiederum das Modell verbessern. Nach einigen Schritten erhält man dadurch ein sehr gutes Modell der Batterie, das über den gesamten Bereich an Betriebsparametern gültig ist.

„Durch unsere Optimierungsrechnungen ergibt sich ein deutlich dynamischeres Testsignal verglichen zu den bisher verwendeten“, sagt Johannes Unger. „Mit unserem Batterie-Schnelltester für industriell-kommerzielle Anwendungen konnten wir zeigen, dass aus nicht optimierten Testsignalen identifizierte Modelle das hochdynamische Batterieverhalten oft systematisch falsch wiedergeben.“ Dann kann es passieren, dass der Ladezustand der Batterie permanent falsch eingeschätzt wird.

Lösung für moderne Batterie-Management-Systeme

Besonders bei Hochleistungseinsätzen, in denen sich die Beanspruchung der Batterie zeitlich stark ändert, ist die datenbasierte Lösung der TU-Forschungsgruppe äußerst nützlich. Sehr wichtig sind die optimale Versuchsplanung und daraus erhaltene Batteriemodelle auch für das Testen von Gleichstrom-Umrichtern: Sie nehmen elektrische Leistung in Form von einzelnen Pulsen auf, etwa aus einer Batterie, und geben möglichst konstante Gleichspannung weiter, zum Beispiel an einen Elektromotor. Für die Entwicklung solcher Umrichter sind präzise Batteriemodelle unverzichtbar.

Präsentation auf Fachmesse

Auf der Fachmesse sps ipc drives ab 26. November in Nürnberg wird der TU-Batterietester zum ersten Mal öffentlich präsentiert. Die TU Wien wird dort außerdem auch neue, intelligente Antriebssysteme für Elektromotoren und ein Projektmanagement-Tool zur Optimierung von Arbeitsabläufen in Großprojekten vorführen.

Publikationen:

[1] Unger Johannes, Christoph Hametner, Stefan Jakubek and Marcus Quasthoff. "Optimal model based design of experiments applied to high current rate battery cells." In Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion (ESARS), pp. 1-6, 2012.

[2] Hametner Christoph and Stefan Jakubek. "State of charge estimation for Lithium Ion cells: Design of experiments, nonlinear identification and fuzzy observer design." Journal of Power Sources 238, pp. 413-421, 2013.

Rückfragehinweis:
Univ. Prof. Stefan Jakubek
Institut für Mechanik und Mechatronik
Wiedner Hauptstraße 8, 1040 Wien
T: +43-1-58801-325510
stefan.jakubek@tuwien.ac.at
Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://en.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2013/batterie/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"
24.05.2017 | Universität Ulm

nachricht Neue Prozesstechnik ermöglicht Produktivitätssteigerung mit dem Laser
18.05.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften