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Kommunikationssystem Kieler Forschende entwickeln „sprechende Batterien“

Quelle: Pressemitteilung Christian-Albrechts-Universität zu Kiel 2 min Lesedauer

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Kieler Forschende entwickeln ein Kommunikationssystem, mit dem Batteriezellen Messwerte aus ihrem Inneren über vorhandene Stromleitungen übermitteln können. Das könnte Batteriesysteme künftig günstiger und sicherer machen.

Die grüne Platine enthält den elektronischen Schaltkreis, mit dem die Forschenden Sensordaten über die vorhandenen Stromanschlüsse einer Batteriezelle übertragen. Die Batteriezelle befindet sich im Hintergrund.(Bild: Christina Anders, Uni Kiel)
Die grüne Platine enthält den elektronischen Schaltkreis, mit dem die Forschenden Sensordaten über die vorhandenen Stromanschlüsse einer Batteriezelle übertragen. Die Batteriezelle befindet sich im Hintergrund.
(Bild: Christina Anders, Uni Kiel)

Forschende der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben ein Kommunikationssystem entwickelt, mit dem Batteriezellen Messwerte aus ihrem Inneren ohne zusätzliche Datenleitungen nach außen übermitteln können. Das Verfahren nutzt die vorhandenen Stromleitungen und die Elektronik für den Lade- und Entladevorgang. Dadurch könnten Batteriesysteme einfacher, kostengünstiger und perspektivisch sicherer werden.

Eine Batterie, die „spricht“, übermittelt keine Worte, sondern Daten über ihren Zustand. Das neue Verfahren ermöglicht es, einen Temperatursensor im Inneren einer Batteriezelle auszulesen, ohne zusätzliche Kommunikationsleitungen zu verlegen. Die Forschenden bezeichnen dieses Prinzip deshalb als „sprechende Batterie“.

Kommunikation über vorhandene Stromleitungen

Moderne Batteriesysteme, etwa für Elektroautos oder stationäre Speicher, bestehen aus zahlreichen einzelnen Zellen. Die Temperatur wird bislang meist an der Außenseite der Zellen gemessen. Das ist problematisch, weil gefährliche Hitze häufig zuerst im Inneren entsteht und dort zunächst unbemerkt bleiben kann.

Dr. Hamzeh Beiranvand (links) hält die Batteriezelle, Johannes Diers (rechts) den eigens entwickelten elektronischen Schaltkreis. Gemeinsam bilden sie das Modell einer „sprechenden Batterie“.
(Bild: Christina Anders, Uni Kiel)

Sensoren im Zellinneren sind grundsätzlich möglich, benötigen bisher jedoch zusätzliche Elektronik und Datenleitungen. Diese beanspruchen im engen Bauraum einer Batteriezelle Platz. Das neue Verfahren soll diesen Aufwand reduzieren. Dafür integrierten die Forschenden einen kleinen elektronischen Schaltkreis direkt in die Batteriezelle. Er wandelt die Messwerte eines Temperatursensors in ein digitales Signal um und überträgt es über die vorhandenen Anschlüsse der Batterie nach außen. Diese Anschlüsse dienen ohnehin zum Laden und Entladen der Zelle.

„Unsere Arbeit ist ein erster Schritt hin zu intelligenten Batterien, die ihren Zustand kontinuierlich überwachen und melden“, sagt Dr. Hamzeh Beiranvand vom Lehrstuhl für Leistungselektronik. Das Kommunikationsprinzip nutzt vorhandene Komponenten doppelt. Nach einer ersten Kostenabschätzung des Forschungsteams könnte das System gegenüber herkömmlichen Lösungen mit separaten Sensorleitungen rund 35 Prozent günstiger sein.

Sensoren für Temperatur, Druck und Gase

Der integrierte Schaltkreis könnte nach Einschätzung der Forschenden künftig weiter verkleinert oder direkt in neue Batteriematerialien integriert werden. Da die Sensoren Vorgänge im Inneren der Zelle unmittelbar erfassen, könnten sie außerdem dazu beitragen, neue Batteriematerialien besser zu untersuchen 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 die Messwerte auf diese Weise aus der Batterie nach außen übertragen. Langfristig wäre ein Einsatz in verschiedenen Batteriesystemen denkbar, etwa in Elektroautos, Wind- und Solaranlagen sowie stationären Heimspeichern.

Die Ergebnisse veröffentlichte das Forschungsteam in der Fachzeitschrift Communications Engineering.

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