Optimierung von Batterien für Elektroautos mit gedruckter Elektronik

Bei Elektrofahrzeugen ist die Batterie wohl die wichtigste Komponente - und sicherlich auch die teuerste. Die Verbraucher legen großen Wert auf die Reichweite eines Elektrofahrzeugs, die natürlich direkt von der Batterie abhängt.

Wie können Hersteller von Elektrofahrzeugen sicherstellen, dass die Batterie effizient arbeitet und die bestmögliche Leistung bietet, und welche Rolle spielt dabei die gedruckte Elektronik?

Erstens können gedruckte Drucksensoren dazu beitragen, die Kapazität und Lebensdauer von Batterien zu verbessern. Während des Lade- und Entladezyklus ändert eine Batteriezelle ständig ihr Volumen. Wenn sie jedoch in einer starren Verpackung eingeklemmt und fixiert ist, ist keine Volumenänderung möglich ist. Stattdessen ändert sie ihren Druck.

Durch die Messung dieses Drucks mit gedruckten Drucksensoren, die um die einzelnen Batteriezellen und dazwischen angebracht sind, kann das Fahrzeug einen Einblick in den Ladezustand der Zellen aufzeigen. Dies kann dazu beitragen, eine Überladung zu verhindern und einen Zellausgleich vorzunehmen, der die Batteriekapazität und -lebensdauer maximiert, indem Schwankungen des Ladezustands zwischen den Zellen in einem Akkupack korrigiert werden. Aufgrund der dünnen Beschaffenheit von gedruckten Sensoren, können sie so platziert werden, dass sie Daten für jede einzelne Zelle und nicht nur für den gesamten Batteriesatz liefern.

Tatsächlich gibt es einen optimalen Druck, bei dem die Batterie die längste Lebensdauer hat. Wenn die Batterie bei diesem Druck gehalten wird, kann die Zykluslebensdauer (die Anzahl der Lade-/Entladezyklen, die eine Batterie in ihrem Leben durchlaufen kann) um 30 bis 40 Prozent verbessert werden.

Zweitens ist in Elektrofahrzeugen eine Temperaturmessung erforderlich. Die Kapazität der in Elektrofahrzeugen verwendeten Lithium-Ionen-Batterien variiert mit der Temperatur und nimmt bei Kälte ab. Dies ist für Fahrer in kalten Klimazonen ein großes Problem und kann die Reichweite des Fahrzeugs um etwa 20 Prozent verringern1. Es ist außerdem wichtig zu wissen, wenn die Batterie eine höhere Temperatur als normal hat - dies bedeutet, dass wahrscheinlich ein Fehler vorliegt, der Auswirkungen auf die Sicherheit haben kann.

Die Temperatur kann mit gedruckten Sensoren gemessen werden, so dass mögliche Probleme erkannt werden können. Sobald eine niedrige Temperatur festgestellt wird, können gedruckte Heizelemente eingeschaltet werden, um die Batterie zu erwärmen und dadurch ihre Energieabgabe zu erhöhen. Die Temperaturdaten tragen auch zur Verbesserung des Zellausgleichs bei.

Da diese beiden Schlüsselvariablen, Temperatur und Druck, von gedruckten Sensoren genau überwacht werden, können die Batteriemanagementsysteme des Fahrzeugs auf veränderte Bedingungen reagieren und die Batteriekapazität und -lebensdauer maximieren.

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[1] https://www.wired.com/story/electric-cars-cold-weather-tips/