Genauere Algorithmen – bessere Reichweitenprognose

Forschern des Instituts für Mess- und Sensortechnik der TU Chemnitz ist es gelungen, einen genauere Methode zur Berechnung der Batterielebensdauer und der Restreichweite während der Fahrt zu entwickeln.

Das Problem ist bekannt. Das Display zeigt noch 20 km Restreichweite an und plötzlich bleibt das Elektrofahrrad oder auch das Elektroauto einfach stehen. Der Super-Gau für die Elektromobilität! Warum ist das so? Warum gibt es keinen Schwimmer, wie im Benzintank eines herkömmlichen Fahrzeuges oder eine digitale Messeinrichtung, die den Füllstand einer Batterie vorhersagen kann und somit zuverlässig die Restreichweite berechnen kann?

Weil die Batterie eben kein Tank ist, in den man reinschauen kann! Weil die Batterie sich unter vielen Randbedingungen anders verhält. Weil die entnehmbare Menge (Kapazität) sich z.B. mit der Belastung, der Temperatur und dem Alter verändert. Das Alter einer Batterie wird sogar nochmals unterschieden. Hier gibt ein die zyklische Alterung, also wie viele Vollzyklen (1 Vollzyklus = einmal komplett entladen und einmal komplett geladen) eine Batterie schon durchgemacht hat und die kalendarische Alterung, also wie viele Tage, Wochen, Monate die Batterie schon ihr Dasein fristet. Hier spielt zum einem die Belastung und der Einsatz am eBike eine Rolle und eben auch das Alter, auch wenn die Batterie nur in der Garage lag.

Um sich hier anzunähern, stellt man im Labor sogenannte Batteriemodelle her. Hier wird untersucht, wie der Einfluss von den oben genannten Faktoren auf die entnehmbare Kapazität ist. Dieses Batteriemodell, was die Charakteristika einer Batterie beschreibt wird anschließend mathematisch in einen Algorithmus überführt, der letztendlich dazu dient, die aktuelle Kapazität (Füllstand) im Fahrzeug oder am eBike und die Restreichweite zu berechnen. Dies ist natürlich nur eine vereinfachte Darstellung, denn das Batteriemodell und der Algorithmus ist hier die Königsdisziplin.

Fahrzeughersteller haben natürlich für den Entwicklungsprozess mehr Zeit und Budget zur Verfügung als eBike-Hersteller, deswegen sind deren Algorithmen und Prognosen auch viel genauer und präziser. Beim eBike kann man auch heutzutage noch Sprünge der Restreichweite und des Füllstandes der Batterie auf dem Display ablesen. Diese Phänomene liegen am ungenauen Algorithmus zur Berechnung der Restreichweite.

Auf die einzelnen Algorithmen will ich hier gar nicht näher eingehen, denn es gibt schon ein paar ganz gute, wie z.B. der Algorithmus von Texas Instruments für die eBike-Branche.

Wissenschaftler der TU Chemnitz ist es nun gelungen, die Impedanzspektroskopie für diese Prognosen und Batteriediagnose nutzbar zu machen. Sie ermögliche eine Diagnose während des Betriebs. „Sie soll im Rahmen des Ladevorgangs ablaufen und dauert nur fünf Minuten.“, so Thomas Günther von der Professur Mess- und Sensortechnik der TU Chemnitz. Das handliche und preisgünstige System – die neue Hardware soll nur 10 Euro kosten – eigne sich für alle Batterietypen.

Wie funktioniert diese Technik? Bei der Impedanzspektroskopie wird die zu untersuchende Batterie mit einem variierenden Strom angeregt. Die sich einstellende Batteriespannung wird mit dem anregenden Strom zur Impedanz verrechnet, was Rückschlüsse auf das Innenleben der Batterie erlaubt. Die Neuentwicklung mache nun auch außerhalb des Labors die Messung für viele Frequenzen gleichzeigt möglich, die Batterie ist dabei selbst die Stromquelle.

Bild: androm31  / pixelio.de

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