Batterieladungszustände ermitteln

Batteriemanagementsysteme liefern durch Ladungszustandserkennung und Sicherheitsmechanismen eine wichtige Überwachungs- und Regelungskomponente für den Einsatz von Batterie- oder Akkupacks. Bei diesen Packs handelt es sich um eine Parallelschaltung mehrerer Stränge, die seriell verschaltete Batteriezellen enthalten.

Stand der Technik

Bisher bedarf es für jeden Strang einen separaten Stromsensor, um auf Grundlage der gemessenen Teilströme die Ladungszustände (engl. state of charge, kurz SOC) der einzelnen Batteriezellen ermitteln zu können. Diese Sensoren müssen hohe Robustheits- und Genauigkeitsanforderungen erfüllen und erzeugen Verluste in der Batterie, welche mit der Batteriegröße skalieren. Dies wirkt sich nachteilig auf die Gesamtkosten der Batterie aus.

Technologie

Wissenschaftler des Instituts für Regelungs- und Steuerungssysteme (IRS) am KIT haben ein effizientes Verfahren zur Ermittlung der Ladungszustände aller Zellen einer Batterie für ein Batteriemanagementsystem entwickelt. Hierbei lässt sich durch Verwendung eines neuen Modells und eines Kalman-Filters die Zahl der erforderlichen Stromsensoren zur Aussage über die SOCs der Zellen verringern. Neu ist hierbei, dass die Strangströme nicht länger gemessen werden müssen, sondern als Schätzgrößen einfließen. Die Stromstärke wird dabei durch ein Modell ermittelt, welches unter anderem die gemessenen Spannungen mit den geschätzten Zuständen des Kalman-Filters einer jeden Zelle zu jedem Zeitpunkt vergleicht. Anschließend folgt eine Anpassung des Schätzwertes für den Ladungszustand einer jeden Zelle unter Verwendung der ermittelten Ströme. Anwenden lässt sich das Verfahren sowohl dann, wenn durch den Einsatz eines einzelnen Strommessers der Gesamtstrom bekannt ist, als auch bei vollständiger Schätzung aller Ströme.

Vorteile

Das neue Messverfahren ermöglicht eine Kostenersparnis, die aus der Einsparung von nicht mehr benötigten Stromsensoren resultiert. Zudem wird durch den Wegfall der Messwiderstände die Verlustleistung des Stromsensors reduziert.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht Industriepartner zur Lizensierung und Anwendung in der Praxis.