Zustandsüberwachung von Batteriezellen

Batteriezellen-Trennschicht mit integrierten Ausdehnungssensoren

In einem Batteriepack werden die Zellen üblicherweise von einem Funktionsmaterial voneinander getrennt eingespannt, um z. B. eine gleichmäßige Druckverteilung zwischen den Zellen oder eine Abführung der thermischen Energie bei der Be- und Entladung zu gewährleisten. Im Rahmen des SPARTACUS-Projekts werden weiche, auf Silikonelastomer basierte dielektrische Elastomersensoren entwickelt, die als eine solche Funktionstrennschicht agieren und gleichzeitig die Ausdehnung der Batteriezelle zur Zustandsüberwachung messen können. Diese Information wird im Batteriemanagementsystem (BMS) zur Erhöhung der Systemsicherheit genutzt.

Messung der Zellausdehnung

Kapazitive Verformungssensoren erfassen präzise die Volumenänderungen der Zellen während des Ladens und Entladens. Zudem erkennen sie auch irreversible und permanente Volumenveränderungen durch Zellalterung. Dazu wurden die Sensoreigenschaften, wie deren mechanische Steifigkeit und deren Messbereich, an die spezifischen Anforderungen der Batteriezelle angepasst.

Mechanische Entkopplung

Elastomere, deren Kompressionsmodul in einem weiten Bereich einstellbar ist, sorgen für eine gleichmäßige Dämpfungsschicht, welche die einzelnen Zellen in einem Batteriemodul trennt und somit eine gleichmäßigere Druckverteilung gewährleistet. So können Druckspitzen, welche die Zellalterung beschleunigen, vermieden werden. Darüber hinaus bieten diese Elastomere eine thermische Abschirmung, die je nach Anwendung weiter optimiert werden kann.

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