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 Digitalisierung von HR-Prozessen – tisoware auf der Personal Nord und Süd
21.03.2017 | tisoware Gesellschaft für Zeitwirtschaft mbH

nachricht Hochauflösende Laserstrukturierung dünner Schichten auf der LOPEC 2017
21.03.2017 | 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: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Im Focus: Physiker erzeugen gezielt Elektronenwirbel

Einem Team um den Oldenburger Experimentalphysiker Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt ist es mithilfe ultrakurzer Laserpulse gelungen, gezielt Elektronenwirbel zu erzeugen und diese dreidimensional abzubilden. Damit haben sie einen komplexen physikalischen Vorgang steuern können: die sogenannte Photoionisation oder Ladungstrennung. Diese gilt als entscheidender Schritt bei der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom, beispielsweise in Solarzellen. Die Ergebnisse ihrer experimentellen Arbeit haben die Grundlagenforscher kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Das Umwandeln von Licht in elektrischen Strom ist ein ultraschneller Vorgang, dessen Details erstmals Albert Einstein in seinen Studien zum photoelektrischen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

Unter der Haut

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neues Schiff für die Fischerei- und Meeresforschung

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit voller Kraft auf Erregerjagd

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie