In-Situ-Bestimmung des State of Health von Batterien

Batteriespeicher sind die Kernkomponenten von umweltfreundlichen E-Bussen. Um die aktuelle Batteriekapazität bestimmen zu können, wird ein Messverfahren entwickelt, das in begrenzter Zeit auf dem Fahrzeug (In-situ) durchgeführt werden kann.

Steckbrief

Beteiligte Departemente Technik und Informatik
Institut(e) Institut für Energie- und Mobilitätsforschung IEM
Forschungseinheit(en) IEM / Batterien und Speichersysteme
Förderorganisation Andere
Laufzeit (geplant) 01.11.2022 - 31.12.2024
Projektleitung Bruno Eric Marc Lemoine
Partner Verkehrsbetriebe Zürich
Basler Verkehrs-Betriebe
Carroserie Hess AG
Schlüsselwörter State of Health, SoH, Elektromobilität, In-Situ-Messung

Ausgangslage

Batteriespeicher sind die Kernkomponenten von umweltfreundlichen Trolley- und E-Bussen. Die Wirtschaftlichkeit der Busse wird wesentlich von der Batterielebensdauer beeinflusst. Es ist aus diesem Grund für den Betreiber von grossem Interesse, den Alterungsfortschritt der Batterie zu kennen. Bei der Batteriealterung spricht man vom State of Health (SoH). Dieser bildet das Verhältnis von der aktuellen Batteriekapazität zur nominellen Batteriekapazität bei Inbetriebnahme des Speichersystems ab. Um die aktuelle Batteriekapazität, welche mitunter die Reichweite des Fahrzeuges definiert, bestimmen zu können, ist ein geeignetes Messverfahren notwendig. In diesem Projekt wird ein solches Messverfahren entwickelt, welches auf dem Fahrzeug (In-situ) durchgeführt werden kann. Dank der Implementierung einer In-situ-Methode zur Bestimmung des SoH soll eine Aussage zum Gesundheitszustand der Batterie gemacht werden können, ohne sporadisch aufwändige Zellentests im Labor durchführen zu müssen. Die Methode liesse sich somit betrieblich einfach ins Einsatzkonzept der Flotte integrieren. Der SoH der Batterie dient dem Betreiber nicht nur dazu, geeignete Massnahmen zur weiteren Batterienutzung abzuleiten, sondern auch als Feedback für alterungsoptimierte Betriebsstrategien. Zudem können basierend auf dem Wissen um den Batteriezustand Entscheide über einen Second-Life-Batterieeinsatz getroffen werden.

Vorgehen

Das von der BFH und HESS erarbeite Lösungskonzept sieht vor, den SoH mithilfe eines vordefinierten Ladevorgangs zu bestimmen. So kann der SoH bestimmt werden, ohne dass aufwändige Vollzyklen mit der Fahrzeugbatterie durchgeführt werden müssen. Die Messung soll halbjährlich auf den Fahrzeugen durchgeführt werden, um ein detailliertes Bild über den Alterungsfortschritt der Batterie zu erhalten.